2.Техническое задание на курсовой проект.
Варианты для оценки надежности систем защиты среды обитания:
(Зайцева М.И.)
Вариант №2 (Механизм системы отопления).
Рисунок 2.2 - Клапан сетевой обратный:
1 - корпус, 2 - крышка, 3 - ниппель, 4 - гайка, 5 - штуцер, 6 - шарик, 7 - направляющая, 8 - пружина, 9 - прокладка, 10 - прокладка
1 – корпус (Х1) – (В) поломка корпуса;
2 – крышка (Х2) – (В) отрыв крышки;
3 – ниппель (Х3) – (П) износ ниппеля (250-400тыс.ч);
4 – гайка (Х4) – (П) износ гайки (250-400тыс.ч);
5 – штуцер (Х5) – (П) износ штуцера (250-400тыс.ч);
6 – шарик (Х6) – (В) излом шарика;
7 – направляющая (Х7) – (В) обрыв направляющей;
8 – пружина (Х8) – (П) усталостный износ пружины (250-350тыс.ч);
9 – прокладка (Х9) – (П) старение прокладки (60-120тыс.ч);
10 – прокладка (Х10) – (П) старение прокладки (60-120тыс.ч).
3. Характеристика системы защиты среды обитания.
Система отопления предназначена для создания и поддержания комфортной (оптимальной) температуры в помещении. Параметры воздуха, которые необходимо установить в помещении принимаются в соответствии с CНиП 41.01.2003 ОВ и КВ. Система отопления состоит из множества элементов: генератора тепла, трубопроводов, отопительных приборов, конвекторов, тройников, крестовин, задвижек, отводов, воздухосборников, скоб различных кранов, клапанов. По ТЗ необходимо оценить надёжность клапана сетевого обратного. Клапан сетевой обратный предназначен для установки на гидравлических и пневматических трубопроводных сетях и пропуска транспортируемой среды только в одном направлении и состоит из: корпуса, крышки, ниппеля, гайки, штуцера, шарика, направляющей, пружины и двух прокладок.
4. Характеристика надёжности технического устройства.
Определим, какие элементы подвержены внезапному отказу, какие — постепенному. Обозначим отказы элементов устройства через Х1, Х2, ХЗ, …, Хn и определим тип отказа.
Х1, Х2 , Х6, Х7 – поломка элемента (В);
Х3, Х4, Х5 – износ резьбовых соединений (П);
Х8 – усталостный износ пружины (П);
Х9, Х10 – старение прокладки (П).
Построим структурную схему надежности механической системы в виде последовательных и параллельных соединений (рисунок 1).
Составим на основе структурной схемы «дерево отказов» (рисунок 2), используя правило Моргана, когда последовательное соединение элементов в логической структуре «дерева» соединяется логическим знаком «ИЛИ», параллельные соединения — знаком «И».
5. Расчёт коэффициентов отказа элементов отдельных механизмов системы защиты среды обитания.
Моделирование внезапных отказов.
Построим
интегральную функцию экспоненциального
распределения:
где - интенсивность отказов. Интенсивность отказов главных входных и выходных элементов клапана:
где Тср — среднее время наработки на отказ.
Примем среднюю наработку на отказ устройства Тср=80000 часов.
F(20000)=0,22 F(140000)=0,83
F(40000)=0,39 F(200000)=0,92
F(60000)=0,53 F(300000)=0,98
F(100000)=0,71 F(350000)=0,99
По расчетным данным построим интегральную функцию экспоненциального распределения. На оси абсцисс отложим время t в 34 раза больше Тср. На оси ординат — значение функции F(t).
На основе метода «Монте-Карло» промоделируем вероятность случайных отказов. Выбрасываем с помощью генератора случайных чисел числовую последовательность R в диапазоне значений (01).
Отложим каждое из чисел числовой последовательности R по оси ординат, проведем прямую, параллельную оси абсцисс (см. рисунок 3) до пересечения с графиком функции F(t) и из точки пересечения опустим перпендикуляр на ось времени; таким образом, получаются значения времени, соответствующие каждому числу последовательности, приведенные в первой строчке таблицы 5.1, которые называются реализацией времени функционирования устройства. Таких реализаций получим не менее 5. Набор реализаций называется выборкой из 65 элементов.
Таблица 5.1.(а) Временная выборка из 5 реализаций для 6 элементов,t∙103 час.
m n |
Количество элементов |
∑t0 |
∑tобщ |
t0/tобщ |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|||||
Кол - во реализаций |
1 |
156 |
139 |
32(8) |
94 |
201 |
57 |
8 |
685 |
0,012 |
2 |
75 |
194 |
16(24) |
19(21) |
322 |
147 |
45 |
773 |
0,058 |
|
3 |
9(31) |
63 |
178 |
113 |
45 |
24(16) |
47 |
432 |
0,109 |
|
4 |
59 |
88 |
90 |
217 |
15(25) |
100 |
25 |
569 |
0,044 |
|
5 |
127 |
152 |
27(13) |
36(4) |
185 |
273 |
17 |
800 |
0,021 |
|
Итого:0,244
Далее временные значения ti, приведенные в таблице 5.1, сравниваем с Тср/2, поскольку нас интересует поведение системы в первый полупериод эксплуатации. Затем получим время t0 нерабочего состояния элемента системы Х1, выбирая лишь те случаи, когда ti<Тср/2. Расчет производится по формуле
Полученное значение t0 заносим в таблицу 5.1, указав его в скобках, затем суммируем нерабочее время в единичной реализации t0 и берем отношение к сумме общего времени tобщ работы элемента в этой реализации. На основе полученных значений определим вероятность отказа элемента системы Х1 для данной реализации по формуле:
Вероятность отказа элемента системы является средним арифметическим этих значений:
RX1=0,244/5=0,049
Аналогично определяем вероятности отказов элементов системы: RX2, RX6, RX7.
Таблица5.1.(б) Временная выборка из 5 реализаций для 6 элементов,t∙103 час.
m n |
Количество элементов |
∑t0 |
∑tобщ |
t0/tобщ |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||||||||
Кол - во реализаций |
1 |
170 |
101 |
57 |
62 |
139 |
35(5) |
5 |
564 |
0,009 |
|||
2 |
64 |
27(13) |
38(2) |
124 |
29(11) |
130 |
13 |
412 |
0,032 |
||||
3 |
5(35) |
136 |
104 |
119 |
73 |
23(17) |
52 |
460 |
0,113 |
||||
4 |
11(29) |
100 |
36(4) |
218 |
348 |
95 |
33 |
808 |
0,041 |
||||
5 |
16(24) |
69 |
26(14) |
19(21) |
89 |
106 |
59 |
325 |
0,182 |
||||
Итого:0,378
RX2=0,378/5=0,076
Таблица5.1.(в) Временная выборка из 5 реализаций для 6 элементов,t∙103 час.
m n |
Количество элементов |
∑t0 |
∑tобщ |
t0/tобщ |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||||||||
Кол - во реализаций |
1 |
188 |
118 |
64 |
70 |
162 |
32(8) |
8 |
634 |
0,013 |
|||
2 |
44 |
28(12) |
58 |
144 |
28(12) |
130 |
24 |
452 |
0,053 |
||||
3 |
4(36) |
138 |
106 |
108 |
62 |
22(18) |
54 |
420 |
0,129 |
||||
4 |
10(30) |
100 |
38(2) |
208 |
310 |
80 |
32 |
746 |
0,043 |
||||
5 |
14(26) |
58 |
28(12) |
20(20) |
78 |
90 |
58 |
288 |
0,201 |
||||
Итого:0,439
RX6=0,439/5=0,088
Таблица5.1.(г) Временная выборка из 5 реализаций для 6 элементов,t∙103 час.
m n |
Количество элементов |
∑t0 |
∑tобщ |
t0/tобщ |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||||||||
Кол - во реализаций |
1 |
178 |
108 |
54 |
60 |
152 |
42 |
0 |
594 |
0 |
|||
2 |
54 |
28(12) |
48 |
134 |
28(12) |
120 |
24 |
412 |
0,058 |
||||
3 |
4(36) |
128 |
106 |
118 |
72 |
22(18) |
54 |
450 |
0,12 |
||||
4 |
10(30) |
100 |
38(2) |
208 |
350 |
90 |
32 |
796 |
0,040 |
||||
5 |
14(26) |
58 |
28(12) |
20(20) |
88 |
100 |
58 |
308 |
0,188 |
||||
Итого:0,406
RX7=0,406/5=0,081