Определение вероятности безотказной работы фрамуги
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Уральский государственный университет путей сообщения
(ФГБОУ ВПО УрГУПС)
Кафедра «Вагоны»
Надежность крыши хоппер – минераловоза модели 11 –740
Расчетно-графическая работа
по дисциплине «Надежность вагонов и систем»
Проверил: Выполнил:
ст. преподаватель ст. гр. В-429
Феодоров А.Н. Шалыгина Л.Е.
Екатеринбург
Содержание
1 Анализ надежности крыши хоппер – минераловоза. 3
2 Построение блок-схемы и расчет надежности крыши хоппер – минераловоза. 6
3 Определение показателей надежности фрамуги крыши хоппер – минераловоза на стадии проектирования. 7
3.1 Определение вероятности безотказной работы фрамуги. 7
3.2 Определение параметра потока отказов. 9
3.3 Определение долговечности фрамуги. 10
3.4 Оценка ремонтопригодности крыши хоппер – минераловоза. 11
4 Определение показателей надежности фрамуг крыши хоппер – минераловоза во время эксплуатации. 13
5 Разработка мероприятий по повышению надежности фрамуги крыши хоппер – минераловоза. 19
5.1 Технологическое направление. 19
5.2 Конструктивное направление. 19
5.3 Эксплуатационное направление. 19
1 Анализ надежности крыши хоппер – минераловоза
Под надежностью крыши понимается ее свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
В таблице 1 приведены основные параметры элементов крыши и требования к ним.
Таблица 1 – Параметры крыши
Элементы крыши и их параметры | Размеры, мм | |
При изготовлении | В эксплуатации | |
Фрамуга: – толщина | 2,1 | |
Гофрированный лист: – толщина | 1,4 | |
Дуга: – толщина | 3,5 | |
Боковая обвязка: – толщина | 3,5 | |
Стрингер: – толщина | 2,1 |
Крыша является ремонтопригодной и восстанавливаемой, расходующей в эксплуатации свой технический ресурс. Обнаружение неисправностей и восстановление работоспособного состояния крыши осуществляется при техническом обслуживании и ремонте вагонов (таблица 2).
Таблица 2 – Виды технического обслуживания и ремонта
Вид ТО и ремонта | Место проведения ТО и ремонта | Обнаруживаемые неисправности |
Техническое обслуживание | На ПТО сортировочных и участковых станций | Прогибы и изломы элементов крыши |
Текущий ремонт | На ПТО сортировочных и участковых станций, МПРВ, ВЧД | Прогибы и изломы крыши, трещины в элементах |
Деповской ремонт | ВЧДР | Прогибы и изломы элементов, трещины в элементах крыши, обрывы сварных швов, повреждение элементов крыши коррозией |
Капитальный ремонт | ВЧДР | Прогибы и изломы элементов крыши, трещины в элементах крыши, обрывы сварных швов, повреждение элементов крыши коррозией |
Крыша служит для защиты грузов от атмосферных осадков.
Виды отказов крыши приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Виды отказов крыши
Виды отказов | Неисправности крыши | |
Разрушение, излом – остаточная деформация с недопустимым искажением фор- | Излом и прогиб элементов крыши. | |
| ||
продолжение таблицы 3 | ||
мы ответственных несущих элементов от действия эксплуатационных нагрузок | ||
Усталостное разрушение элементов при длительных многократных динамических нагружениях | Трещины в элементах крыши | |
Искажение (ослабление) предусмотренного эксплуатацией характера соединений или взаимодействия элементов конструкции вследствие смятия или износа сопряженных поверхностей. | Вмятины в крыше | |
Предельное утонение элементов вследствие абразивного, контактного и коррозионного износа. | Повреждение элементов крыши коррозией. |
Исправное состояние крыши – это состояние, при котором она соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Предельное состояние крыши – это состояние, при котором ее дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление ее работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.
|
2 Построение блок-схемы и расчет надежности крыши хоппер – минераловоза
Крыша хоппер – минераловоза имеет металлический каркас, обшитый снаружи гофрированными листами, и две фрамуги. Каркас крыши образован девятью дугами, тремя стрингерами и двумя боковыми продольными обвязками. Отказ какой-либо из элементов крыши ведет к отказу крыши, следовательно, при определении надежности крыши, как системы элементов, считаем, что элементы системы соединены последовательно. Блок-схема надежности крыши представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Блок-схема надежности крыши хоппер – минераловоза
Вероятность безотказной работы крыши определим по формуле:
Ркр = Р1 ∙Р2 ∙Р3 ∙Р4 ∙Р5 ∙Р6 ∙Р7 ∙Р8 ∙Р9 ∙Р10 ∙Р11 ∙Р12∙Р13 ∙Р14 ∙Р15∙Р16 ∙Р17 ∙
∙ Р18 ∙Р19 ∙Р20 ∙Р21 ∙Р22 ∙Р23 ∙Р24 ∙Р25 ∙Р26 (1)
где Р1, ∙∙∙, Р10 – вероятность безотказной работы гофрированных листов;
Р11, ∙∙∙, Р19 – вероятности безотказной работы дуг;
Р20, Р21 – вероятности безотказной работы боковых обвязок;
Р22, Р23 – вероятности безотказной работы фрамуг;
|
3 Определение показателей надежности фрамуги крыши хоппер – минераловоза на стадии проектирования
Для оценки надежности деталей вагонов используют следующие показатели безотказности их работы:
1 вероятность безотказной работы;
2 параметр потока отказов;
3 долговечность;
4 ремонтопригодность.
Определение вероятности безотказной работы фрамуги
Вероятность безотказной работы – вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени или в пределе заданной наработки не произойдет ни одного отказа.
Вероятность безотказной работы может быть определена для трех частных случаев отказа:
- для модели постепенного отказа усталостного характера, при ограниченном ресурсе детали, когда число циклов нагружения за срок службы Тр составляет N0 = 107÷108;
- для модели внезапных прочностных отказов;
- для модели постепенного отказа усталостного характера без ограничения ресурса детали, когда число циклов нагружения за срок службы Тр
N0 >107÷108.
Определим вероятность безотказной работы фрамуги для модели постепенного отказа усталостного характера без ограничения ресурса детали. Тогда вероятность безотказной работы Р(ТР), определяется по формуле:
|
, (2)
где Ф – функция Лапласа;
– относительный коэффициент запаса;
– коэффициент вариации предела выносливости (при полуавтоматической и ручной сварке
=0,07);
– коэффициент вариации амплитуд динамических
эксплуатационных напряжений, определяется по данным
динамических расчетов или экспериментальным данным
( =0,25).
Относительный коэффициент запаса определяется по формуле
, (3)
где nр, n – соответственно предельный коэффициент нагруженности
и предельный коэффициент нагруженности по средним.
Значение предельного коэффициента нагруженности nр определяется по номограммам в зависимости от показателя степени m кривой усталости и коэффициента вариации динамических напряжений. В случае нормального распределения динамических напряжений nр лежит в пределах 1÷2,5.
Предельный коэффициент нагруженности по средним определяется по формуле
|

где – среднее значение амплитуды динамических напряжений
( =350 МПа - для стали фрамуги 10ХНДП);
– среднее значение предела выносливости натурной детали для стали фрамуги 10ХНДП;
=0,45∙
=0,45∙470=211,5МПа,
где - нормативная величина предела выносливости 470 МПа для стали 10ХНДП;
Upmax – максимальная расчетная квантиль (Upmax=5).
По расчету:
,
,
Вероятность безотказной работы фрамуги для модели постепенного отказа усталостного характера без ограничения ресурса детали равна 0,9821.