С

Лекция № 6

истемы с резервированием элементов.

Разновидностью параллельных систем являются системы с резервированием элементов.

Резервирование является методом повышения надежности техники за счет введения избыточности: структурной, нагрузочной или функциональной.

Структурное резервирование предусматривает создание избыточных элементов в структуре изделия, нагрузочное резервирование – способность изделия воспринимать дополнительные нагрузки, функциональное резервирование предусматривает использование способности элементов выполнять дополнительные функции

Пример структурного и нагрузочного резервирования нагруженного разрывной силой F стержня дан на рис.1.

Структурное резервирование в конструкции автомобиля предполагает обычно параллельное включение резервных элементов основным. Резервные элементы могут быть

- нагруженными (постоянно включенными) – горячее резервирование постоянное;

• ненагруженными (включающимися в работу только при отказе основных элементов) – холодное резервирование замещением;

• работающими в облегченном режиме (со смешанным включением).

Например, для грузового автомобиля сдвоенные шины на задних колесах можно считать структурным нагруженным резервированием, для любого автомобиля запасное колесо является резервным ненагруженным элементом. Таким же элементом в системе электрооборудования является аккумулятор, который используется только в случаях, когда не работает генератор (при его отказе или при запуске двигателя).

Установку на автомобиль колес с более широкими шинами, по сравнению со штатными, можно рассматривать как нагрузочное резервирование колес.

Применение в рабочей тормозной системе вакуумного усилителя позволяет при работающем двигателе уменьшить нагрузку на педаль тормоза, что также можно рассматривать как нагрузочное резервирование.

Функциональное резервирование предусматривает использование способности элементов выполнять дополнительные функции.

Например, основное назначение стояночного тормоза – удержание автомобиля неподвижным, но, кроме того, он может использоваться в экстренных случаях и при движении. Функциональное резервирование в автомобилестроении имеет ограниченное применение.

Резервирование может быть

• общим, когда параллельно основной системе подключается дополнительная такая же система,

• поэлементным, когда резервируются все элементы системы по отдельности,

• частичным, когда резервируется не весь объект, а его отдельные элементы.

Системы с частичным резервированием объектов относятся к системам с последовательно-параллельной структурой элементов т.е. к комбинированным системам.

Расчетные схемы различных систем даны на рис. 2

Надежность (вероятность отказа - Q_C (t) и вероятность безотказной работы - P_C (t)) систем с постоянным резервированием резервных элементов для схем рассчитывается по следующим формулам.

Схема а:

Q_C (t) = Q⁰ (t)* Q^Р (t),

так как для систем с резервированием Q⁰ (t) = Q^P (t) .

P_C (t) = 1 - Q_C (t) = 1 - Q⁰ (t)².

Схема б:

P_C (t) = 1 - Q_C (t) = 1 - Q⁰ (t)² = 1 - [ 1 -  P_i ]²,

Схема в:

P_C (t) =  [1 - Q_i ⁰ (t)²],

Схема г:

P_C (t) = Р₁⁰*[1 - Q₂ ⁰ (t)²

При резервировании замещением (резервный элемент – ненагруженный), когда резервный элемент включается только при отказе основного элемента (схема «а») надежность системы (вероятность безотказной работы) определяется по формуле

P_C (t) = 1 – 0,5 Q⁰ (t)².

Эта формула справедлива только при условии, что переключение с отказавшего основного элемента на резервный (ручное или автоматическое) абсолютно надежно. При этом вероятность отказа системы в два раза ниже, чем при постоянном резервировании. Однако, если переключение недостаточно надежно, то выигрыш в надежности системы может быть легко утерян.

Рассмотрим надежность в период нормальной эксплуатации системы при резервировании с постоянно подключенным резервным элементом, работающим до отказа основного в облегченном режиме (расчетная схема а).

Основной элемент имеет интенсивность отказов ⁰ , резервный - ^Р, тогда

Р(t) = 1 – 0,5 ⁰ (⁰ + ^Р) t²

Примеры расчета надежности систем с резервированием