Обобщенный показатель, эффективности комплексной надежности двигателей внутреннего сгорания Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

А-

4. Блаер И. Л. О качестве сборки групповых резьбовых соединений // Автомобильная

промышленность. —1970.—№ 6. —С. 30—33.

5. Бутов А. У. Фланцевые соединения. Расчет и проектирование. —Л.: Машиностроение, — 1975. —190 с.

6. Блаер И. Л. Сборка групповых резьбовых соединений // Вестник машиностроения. 2002. № 7. С. 53-56.

7. А. с. 463019 СССР: МКИ О 01 Б 5/24: Устройство контроля усилий в резьбовых соединениях.

УДК 658.436

З.И. Адеев, У.Д. Батыров, М.М. Яхутлов ОБОБЩЕННЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ, ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОЙ НАДЕЖНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Z.I. Adeev. U.D. Batirov, M.M. Jahotlov THE CONSOLIDATED COMPREHENSIVE RELIABILITY INDEX OF EFFICIENCY OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Получен обобщенный показатель для оценки комплексной надежности двигателей внутреннего сгорания, который позволяет оценить общую надежность двигателей внутреннего сгорания и отдельных подсистем, а также вероятности работоспособного состояния двигателей внутреннего сгорания в любой момент времени их эксплуатации.

Ключевые слова: обобщенный показатель, эффективность, комплексный надежность.

An indicator of generalized complex for assessing the reliability of the internal combustion engine was obtained, which allows us to estimate the overall reliability of the internal combustion engine and a separate sub-systems, as well as the likelihood of a healthy state of internal combustion engines at any time of their operation.

Keywords: generalized index, efficiency, reliability of the complex.

Надежность двигателей внутреннего сгорания (ДВС) как системная категория должна оцениваться комплексными показателями, которые в той или иной мере характеризуют эффективность функционирования ДВС во времени комплекс обеспечения надежности должна рассматриваться как подсистема сложной технической системы ДВС. Поэтому для оценки эффективности комплексов обеспечения надежности ДВС необходимо рассматривать частные и основные показатели надежности.

Результаты выполненного анализа показывают, что в качестве таких частных показателей надежности целесообразно использовать совокупность следующих показателей:

- вероятность безотказного функционирования ДВС P^t)

- наработка на отказ Т до первого отказа;

- коэффициент технического использования Кти.

При рассмотрении вероятности P^t) целесообразно выделить вероятность безотказного функционирования ДВС до первого отказа системы и вероятность безотказного функционирования ДВС в пределах межремонтного периода.

А-

Важным параметром, характеризующим основной критерий эффективности

комплексов обеспечения надежности ДВС, является показатель эффективности W(t), который, в свою очередь, зависит от частных показателей надежности. Поэтому остановимся на рассмотрении содержания показателя эффективности W(t) ДВС.

В общем виде показатель эффективности W(t) записывается в форме интегрального результата функционирования ДВС в течение некоторого расчетного времени Тпл или времени эксплуатации Тэк. Показатель W(t) является функцией комплексных показателей надежности ДВС и записывается в общем виде в форме

^'(1) = Б( У(1), Рт1(1), Рн(0, Кт.и, Тэк, Н), (1)

где: V(t) - интенсивность функционирования ДВС в процессе эксплуатации;

Рт1(1;)- вероятность безотказного функционирования ДВС за время ^ наработки до первого отказа;

Рн(0 - вероятность безотказного функционирования ДВС в пределах межремонтного периода;

Кти - коэффициент технического использования;

Тэк- время эксплуатации ДВС;

Н - показатель (коэффициент), который характеризует комплексное влияние на эффективность функционирования ДВС других факторов (для наших рассуждений будем пренебрегать этим влиянием и считать Н=1).

Содержание вероятности безотказного функционирования ДВС Pт1(t) состоит в безотказной работе ДВС за период времени [0,^]. В пределах любого межремонтного периода вероятность Рн(!) монотонно убывает, так как вероятность отказа системы возрастает во времени. В результате проведения очередного ремонта вероятность Pн(t) повышается по сравнению с тем значением, которое она имела накануне ремонта. Поэтому на протяжении срока эксплуатации ДВС вероятность Рн(^ имеет дискретно-непрерывный характер. В свою очередь, оперативное и своевременное применение мероприятии по повышению надежности ДВС позволяет обеспечить высокие значения Pн(t) и ее относительную стабильность во времени. С учетом изложенного показатель эффективности W(t) функционирования ДВС можно записать в виде:

п

Ж(г) = V (г)Рп + 2 V (г)Рт (г)КиТ , (2)

¿=1

п

где 2 Т = Тэк - Т

¿=1

У1(1)- интенсивность функционирования ДВС при безотказной работе за период наработки Т;

У$)- интенсивность функционирования ДВС в пределах ьш межремонтного периода;

Кти;- коэффициент технического использования в пределах ьго межремонтного периода;

Рн - вероятность безотказного функционирования ДВС в пределах ьго межремонтного периода

Произведение Pнi(t) КТи - характеризует функцию или коэффициент готовности в любой момент ьго межремонтного периода.

Если принять допущение, что интенсивность функционирования ДВС после проведения ремонтно-восстановительных работ не ухудшается и остается постоянной, т.е. У(1) = У1 = Vi = ^ то выражение (2) запишется в виде

п

Ж (г) = V (Рт1 (г )Т + 2 Рн 1 (г) кшТ) (3)

1=1

Если же еще принять дополнительное допущение, что для любого межремонтного периода ^ вероятности PHi(t) и К™, одинаковы, т.е.

Рй(1)= Рщ(1)=Рн(1) и К™ =Кта] =Кти , 1,] =1,п, Щ то последнее выражение примет вид

W(t) = У1(1)-(Рх1(1) -Т + Ри(1) -Кти1(Тэк-Т1)) (4)

В формуле (3) выражение в скобках (обозначим его через А(^)

п

А(t) = PTl(t)Т +Х Pнl(t)KШlTi (5)

г=1

будем называть обобщенным показателем надежности судовых дизелей. Частным случаем обобщенного показателя надежности является выражение в скобках формулы (4), т.е.

А(0 = Рт1(0 -Т + Ры(0 ^(Тэк-ТО (6)

Физический смысл обобщенного показателя надежности состоит в следующем: он представляет собой математическое ожидание времени нахождения ДВС в непрерывном работоспособном состоянии за период эксплуатации. Таким образом, обобщенный показатель надежности позволяет с системных позиций оценить общую надежность ДВС как форму его устойчивого функционирования на протяжении всего времени эксплуатации.

Когда рассматривается вероятность безотказной работы такой сложной системы, как ДВС, то необходимо обязательно фиксировать время безотказной работы ДВС. Поэтому здесь более уместно говорить о Р-квантильном времени безотказной работы ДВС Тр, определяемом как[2]:

Т,=-± ■ 1пРТ1(1р ) = ■ 1пр (7)

Л0 Л о

или применительно к отдельным элементам и подсистемам

Т = — т— ■ 1пРт11(1р ) = —-1- ■ 1пр1 , (8)

Л01 Л01 где в и р1 - в-квантильные вероятности безотказной работы до первого отказа ДВС в целом и 1-ой подсистемы соответственно.

Из последнего выражения получим выражение для интенсивности отказов 1-подсистемы в зависимости от в-квантильного времени Tвi и в1-квантильной вероятности безотказной работы 1-ой подсистемы до первого отказа.

Л 01 =—т^пр 1 . (9)

Зная значения в-квантильных вероятностей подсистем, по теореме умножения вероятностей получим следующее выражение для безотказной работы ДВС в целом

Л

РпС Р)=П р™(* в) =Пв 1 = ехр —Е т, ■ Л

1=1 1=1

(10)

"01

V У

Представляется целесообразным в дальнейшем для удобства считать Tвi одинаковыми для всех подсистем, т.е. Тв1= Тв2 =... = Tвi= Тв. Тогда равенство (10) запишется в виде

5

—Тв Е Л01

Pтl(t р) = е 1=1 . (11)

Если заданы требуемые значения вероятностей безотказной работы РТ10^) отдельных подсистем (агрегатов) до первого отказа, а также заданы для них требуемые значения коэффициента готовности, то для обобщенного показателя надежности[3] согласно (11) получим

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 22, 2011.

А-

^=шл +—^^ ^ - г,-к*!>.) . (12)

1

-1

V Кгг ;

Выражение для обобщенного показателя надежности ДВС и его составляющих позволяет оценить значения обобщенного показателя надежности в функции частных показателей надежности СД. Оценка и исследование обобщенного показателя надежности проведена для ДВС, состоящего из пяти основных подсистем, причем если одна из подсистем вышла из строя (неработоспособна), то ДВС находится в неработоспособном состоянии до восстановления этой подсистемы. Для выполнения расчетных оценок примем следующие исходные данные:

1. Коэффициент готовности ДВС в целом принимает значения Кг={0,3; 0,5; 0,7; 0,9}.

2. Вероятность безотказной работы ДВС до первого отказа равна 0,90, т.е. Рц = в =

0,90.

3. в- квантильное время безотказной работы ДВС принимает значения:

1р = {1000 ч; 2000 ч; 4000 ч; 6000 ч}.

4. в- квантильная длительность эксплуатации составляет Тэкв =10000ч.

5. Исходные данные, полученные по материалам статистических исследований, составляют: для топливной аппаратуры Твто =1000 ч; для системы охлаждения Твсо =1200 ч; для муфты привода помпы и компрессора Твмп =2500 ч; для шатунно-кривошипной группы

1вшк =2700 ч.

Принимаем, что коэффициенты готовности для основных подсистем ДВС равны, т.

е. Кгто Кгсо К^эо Ктам К^шк 0,9

Анализ полученных зависимостей показывает:

- значение обобщенного показателя надежности существенным образом зависит от в- квантильной наработки на отказ и коэффициента готовности системы;

- при относительно больших значениях времени наработки на отказ влияние коэффициента готовности на обобщенный показатель надежности уменьшается. Так, например, если для 1в = 1000 часов при ^ =0,44 обобщенный показатель надежности равен 4940 часам, а при ^ =0,65 равен 6809 часам, т. е. возрастает на 39 %. Для этих же значений при 1в = 3000 часов обобщенный показатель надежности соответственно будет равен 5912 часов и 7445 часов, т. е. возрастает примерно на 26 %;

- эффект от влияния мероприятий по восстановлению отказов возрастает, если при проектировании комплексов обеспечения надежности заложены высокие значения наработки на отказ. Так, например, при увеличении ^ от 0,4 до 0,6 обобщенный показатель надежности возрастает при 1в = 2000 часов от 5080 часов до 6720 часа, при 1в = 3000 часов - от 5620 часов до 7080 часов, а при 1в = 4000 часов - от 6160 часов до 7440 часов.

Полученные расчетные значения обобщенного показателя надежности приведены на рис. 1.

При проведении мероприятий по обеспечению надежности ДВС целесообразно в первую очередь применить такие мероприятия, которые обеспечивали бы повышение безотказности. Это связано с тем обстоятельством, что эффект от мероприятий по повышению надежности в самой системе значительно выше, чем от мероприятий по восстановлению отказов системы.

А,час

1000 0

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000 2000

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Кг

Рис. 1. Зависимость обобщенного показателя надежности от общего коэффициента готовности для различных значений в-квантильной наработки на отказ.

Библиографический список:

1. Акимов А.А., Гамидов Г.С., Колосов В.Г. Системологические основы инноватики. - СПб.: Политехника, 2002 - 596 с.

2. Адеев З.И., Гамидов Г.С., Санаев Н.К. Системная модель оценки надежности судовых дизелей. // Вестник машиностроения - 2009. № 5. с. 25-28

3. Адеев З.И., Бадрудинова Е.В. Об оценке эффективности комплексов обеспечения надежности судовых дизелей. // ВЕСТНИК. Дагестанский государственный технический университет. -2008. - №11. с. 60-64

4. Гамидова Г.Г. Многокритериальное проектное управление инновациями в сложных организационно-технических системах. //Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Спб.: СПбГПУ, 2005.

5. Гнеденко Б.В., Ушаков И.А. О некоторых современных проблемах теорий и практики надёжности. // Вестник машиностроения, № 12, 1988.

6. Голинкевич Т.А. Прикладная теория надёжности. - М.: Высшая школа, 1977