В параграфе приводятся наиболее распространенные термины, без знания которых чтение настоящего пособия и рекомендованной литературы вызовет затруднения.
Все приводимые термины расположены в алфавитном порядке.
Безотказность — свойство изделия или системы сохранять работоспособность в течение заданного промежутка времени при определенных условиях эксплуатации. Этот термин в какой-то мере аналогичен определению надежности.
Вероятность отказа — вероятность того, что в течение заданного промежутка времени возникает хотя бы один отказ изделия или системы.
Восстанавливаемое устройство — устройство, параметры которого после отказа могут быть восстановлены в полном объеме. Для ряда локомотивного оборудования это понятие условно, например: тяговый электродвигатель после отказа восстанавливается, но это связано с отстранением тепловоза от работы и заменой данного двигателя другим. Таким образом, он выступает как восстанавливаемая и невосстанавливаемая система одновременно. В ряде случаев, например для полупроводниковых приборов, таких сомнений не возникает.
Восстанавливаемость — свойства изделия приобретать после ремонта первоначальные параметры.
Время восстановления — время, затрачиваемое на обнаружение и устранение отказа.
Интенсивность восстановления — количество восстановлений (ремонтов) одноименного оборудования, произведенное в рассматриваемый промежуток времени.
Интенсивность отказов — количество отказов в единицу времени, отнесенное к числу элементов, оставшихся исправными к началу рассматриваемого промежутка времени.
Надежность — вероятность исправной работы элемента (системы) в течение заданного времени при определенных условиях эксплуатации.
Невосстанавливаемое устройство — устройство, работа которого после отказа считается невозможной; устройство восстановлению не подлежит.
Отказ — событие, заключающееся в полной либо частичной потере элементом (системой) работоспособности. Параметры устройства отклоняются за допустимые пределы. В свою очередь отказы по характеру их проявления подразделяются на внезапные, постепенные и перемежающиеся.
Внезапный отказ — отказ элемента, возникающий в результате резкого изменения нагрузки. Возникает случайно, неожиданно. Исключить их полностью нельзя. Именно этот вид отказа характерен для большинства технических устройств в период эксплуатации. Причины отказа могут быть технологического и конструктивного характера; отказ может возникнуть в результате нарушения условий эксплуатации.
Постепенный отказ — отказ, возникающий в результате изменения свойств элемента. Обычно вызывается старением (износом).
Перемежающийся отказ — отказ, связанный со значительным изменением какого-либо внешнего параметра. При достижении возмущающим параметром расчетных значений система начинает функционировать нормально. Расчет
влияния на системы перемежающихся отказов наиболее затруднителен, так как в большинстве случаев не удается своевременно установить истинную причину его возникновения. Наиболее характерен для электрических цепей.
Полный отказ — отказ, до устранения которого система непригодна для выполнения требуемой работы.
Ремонтопригодность—свойство системы, выражающееся в приспособленности ее к обнаружению и устранению отказа. Для аналогичных систем различных серий локомотивов равна времени, необходимому на обнаружение к устранение неисправности.
Среднее время безотказной работы — время работы до первого отказа. Обычно определяется для однотипных элементов.
Средняя наработка на отказ—время между двумя отказами. Является одним из важнейших показателей для восстанавливаемых систем. Для периода нормальной эксплуатации равна среднему времени безотказной работы.
Частичный отказ — отказ, до устранения которого остается возможность использовать систему по назначению.
Частота отказов—число отказов в выбранный период времени, отнесенное к общему числу работающих в этот период однотипных элементов (систем).
Определение таких понятий как элемент и система в каждом конкретном случае требует уточнения. Так, локомотив в целом может рассматриваться как система, тогда элементами являются отдельные узлы энергетической установки. В свою очередь каждый узел может рассматриваться как система, состоящая из ряда элементов.
Критерии надежности
Надежность рассматривается как внутреннее свойство системы, как ее параметр. Для полной оценки надежности одной вероятностной оценки мало. Нужны количественные характеристики— критерии надежности, т. е. признак, по которому можно судить о надежности рассматриваемой • системы.
Количественные значения критерия надежности называются характеристикой надежности, которая и является технической характеристикой системы. Критерии надежности делятся на несколько групп:
1) критерии безотказности: вероятность безотказной работы, частота отказов, интенсивность отказов, среднее время безотказной работы, наработка на отказ;
2) критерии восстанавливаемости: вероятность восстановления, среднее время восстановления, интенсивность восстановления;
3) эксплуатационные критерии: коэффициент использования, коэффициент готовности, коэффициент простоя, коэффициент стоимости эксплуатации.
Рассмотрим каждый критерий в отдельности.
Вероятность безотказной работы — самый распространенный критерий надежности. Численно определяется как отношение
где
N — число эксплуатируемых в рассматриваемый период времени однотипных элементов;
n i — число отказов за тот же период времени.
Пример. Из 200 кремниевых вентилей ВК-200 за 1000 ч работы отказало 8 шт. Определить вероятность исправной работы.
R(t) можно представить как вероятность того, что время исправной работы элемента будет больше некоторого заданного времени:
Чем больше выбранный промежуток времени, тем меньше вероятность безотказной работы.
Частота отказов определяется по выражению
— число отказавших элементов за время t.
Отказавшие элементы не заменяются новыми и общее их число уменьшается.
Если отказавшие элементы заменяются новыми, что характерно для работы локомотивов, то
называется средней частотой отказов. Достоинством этого критерия
является возможность судить о количестве элементов, которые могут
отказать за определенный промежуток времени.
Пример. Для предыдущего случая с диодами ВК-200 средняя частота отказов составит
Имея ср можно определить ожидаемый выход из строя диодов за любой промежуток времени.
Интенсивность отказов — показатель, характеризующий надежность
элемента в каждый данный момент времени. Является универсальной
характеристикой невосстанавливаемых элементов. Количественно
определяется из уравнения
где
n i — число отказавших элементов с начала эксплуатации
до рассматриваемого периода включительно;
— число отказавших элементов за время t;
N — начальное число элементов.
Следовательно, интенсивность отказов показывает, какая доля от работающих в некоторый момент времени элементов отказывает в единицу времени после этого момента.
Значения получают в результате обработки эксплуатационных и экспериментальных материалов. Для локомотивов источником сведений об отказах являются материалы локомотивных депо.
Рис. 10.
Если по рассчитанным частным значениям для однотипных элементов построить кривую, то получаем функцию интенсивности отказов, =f(t), называемую лямбда характеристикой (рис. 10).
На кривой =f(t) можно выделить три характерных участка: I — начальные отказы, зависящие от технологических причин и выявляемые в результате испытания аппаратуры после изготовления или ремонта; II — отказы, зависящие от случайных концентраций нагрузки, либо внешних воздействий, возникающих в период нормальной эксплуатации устройства; III—износовые отказы, появляющиеся в результате износа и старения элементов. Появление износовых отказов может служить критерием долговечности устройства.
Для практики важен случай, когда интенсивность отказов постоянна во времени
Этот случай наиболее часто употребляется при расчетах надежности систем длительного использования, к которым целиком относятся локомотивные системы.
Среднее время безотказной работы — математическое ожидание времени исправной работы элементов. Среднее время безотказной работы определяется по статистическим данным по формуле
где
— время исправной работы i -ого элемента;
N — общее число испытываемых элементов.
Для восстанавливаемых систем Тср отражает время эксплуатации до первого отказа.
Наработка на отказ — критерий надежности, более удобный для практики. Степень надежности в этом случае оценивается средним числом часов работы между двумя отказами, взятыми за определенное время эксплуатации:
Вероятность восстановления — вероятность того, что отказавший элемент будет восстановлен за заданное.время при известных условиях ремонта, т.е.
Среднее время восстановления принимается как среднеарифметическое время, необходимое для восстановления отказавшего узла:
На время Тв оказывает влияние квалификация ремонтного персонала.
Интенсивность восстановления величина обратная среднему времени восстановления:
Этот показатель характеризует производительность работ.
Коэффициент использования — отношение времени работы локомотива
за месяц к календарному времени1.
Коэффициент готовности — отношение времени готовности локомотива
к эксплуатации к календарному времени:
Где
— время простоя эпс в ожидании работы.
Коэффициент простоя — отношение времени простоя электровоза во всех видах осмотров и ремонтов к календарному времени.
— время простоя электровоза во всех видах ремонтов, и осмотров и в ожидании их.
Если в числителе учитывать только время на ремонт и обнаружение
неисправности, то получим коэффициент, характеризующий ремонто-
пригодность.
Коэффициент стоимости эксплуатации служит для оценки расхода средств,
необходимых для поддержания оборудования локомотивов в надлежащем
состоянии г. процессе эксплуатации
где
С1 — стоимость обслуживания локомотивов в течение года;
Со — строительная стоимость локомотивов.
Чем выше надежность, тем ниже стоимость обслуживания локомотивов.
В стоимость С1 не включаются расходы депо, необходимые для обеспечения
поездной работы (локомотивные бригады, работники экипировки,
нарядчики и т. д.).
Перечисленные критерии надежности позволяют всесторонне и полно
судить о надежности рассматриваемой системы или тепловоза в целом,
и могут применяться при проектировании новых локомотивных систем.