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:

 

Р_кр = Р₁ ∙Р₂ ∙Р₃ ∙Р₄ ∙Р₅ ∙Р₆ ∙Р₇ ∙Р₈ ∙Р₉ ∙Р₁₀ ∙Р₁₁ ∙Р_12∙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;

Р₂₄,…, Р₂₆ – вероятности безотказной работы стрингеров.

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 Т_р 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 Т_р

N₀ >10⁷÷10⁸.

Определим вероятность безотказной работы фрамуги для модели постепенного отказа усталостного характера без ограничения ресурса детали. Тогда вероятность безотказной работы Р(Т_Р), 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 n_р, n – соответственно предельный коэффициент нагруженности

и предельный коэффициент нагруженности по средним.

 

Значение предельного коэффициента нагруженности n_р определяется по номограммам в зависимости от показателя степени m кривой усталости и коэффициента вариации динамических напряжений. В случае нормального распределения динамических напряжений n_р лежит в пределах 1÷2,5.

Предельный коэффициент нагруженности по средним определяется по формуле

 

, (4)

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;

U_pmax – максимальная расчетная квантиль (U_pmax =5).

 

По расчету:

 

,

,

 

Вероятность безотказной работы фрамуги для модели постепенного отказа усталостного характера без ограничения ресурса детали равна 0,9821.