Разработка информационно-справочной базы данных для оценки безотказности механических элементов класса «Ременные передачи» Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Разработка информационно-справочной базы данных для оценки безотказности механических элементов класса «Ременные передачи»

Монахов М.А.

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Московский институт электроники и математики татопаккоу @ ес1и. Иле. ги

Аннотация. В докладе рассматриваются модели интенсивностей отказов для ременных и цепных передач, приводится классификация параметров и коэффициентов этих моделей, а также вопросы создания раздела базы данных для модуля расчета надежности данных элементов в системе АСОНИКА-К-СЧ.

Ключевые слова: надежность, радиоэлектронная аппаратура, механические элементы, интенсивность отказов, база данных.

В современной радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) используются различные компоненты как электронные, так и механические [Маркин и др., 2010]. Одним из типов механических компонентов, входящих в состав РЭА являются исполнительные механизмы, в состав которых входят ременные или цепные передачи. На рис. 1, в качестве примера, приведен лентопротяжный механизм магнитофона, в котором используются ременные передачи.

1 - натяжной промежуточный ролик; 2 - левый узел; 3 - большая ременная передача; 4 -правый узел; 5 - лента; 6 - электродвигатель со шкивом; 7 - направляющие стойки; 8 -малая ременная передача; 9 - стирающая головка; 10 - универсальная головка; 11 -прижимный ролик; 12 - маховик ведущего узла; 13 - ведущий вал со шкивом

Рисунок 1 - Лентопротяжный механизм магнитофона

Для оценки интенсивности отказов (Авб) таких передач можно использовать математические модели, приведенные в американском стандарте ЫБЧУС 2011]:

^ВБ = ^ВБ,В • Свь • С4 • Срп • Свт • Сву • СвУ + А,р, (1)

где: Хвбз - базовая интенсивность отказов, Свь - коэффициент, учитывающий нагрузку на ремень, С1 - коэффициент, учитывающий влияние рабочей температуры ремня, Срб - коэффициент, учитывающий диаметр шкива, Свт - коэффициент, учитывающий тип ремня, Сву -коэффициент, учитывающий периодичность обслуживания, Сву -коэффициент, учитывающий ударные воздействия на передачу, -эксплуатационная интенсивность отказов ведущих(ведомых) шкивов.

Значение коэффициента Свь рассчитывается по формуле:

См =0,3 +

(2)

1Д

где: Ьро - рабочая нагрузка; Ьр0 - номинальная нагрузка. Значение коэффициента С! рассчитывается по формуле:

(3)

где: 1 = 0, при Т0, равной от -20 до 40 I = (40-Т0)/55, при Т0 больше 40 (То - рабочая температура).

Значение коэффициента Сро рассчитывается по формуле:

С =2

PD ^

PD

(4)

где: РЭ - диаметр ведомого шкива.

Значение коэффициента Свт в зависимости от типа ремня определяются по данным табл. 1.

Таблица 1 - Значения коэффициента Свт

Тип ремня Свт

1 2

SPZ 0,8

SPA 0,48

SPB 0,33

SPC 0,18

Y 9,09

z 4,16

A 0,93

В 0,54

С 0,30

D 0,14

Значение коэффициента Сву определяются по данным табл. 2.

Таблица 2 - Значения коэффициента Сву

Низкий или нормальный крутящий момент (небольшие электродвигатели переменного тока и др) Высокий или неравномерный крутящий момент (большие двигатели внутреннего сгорания, однофазные асинхронные двигатели и др.) Тип нагрузки

Периодич еская работа Разовая работа Непрерыв ная работа Периодиче екая работа Разовая работа Периодиче екая работа

1 2 3 4 5 6 7

1,0 1Д 1,2 1,1 1,2 1,3 Небольшие вентиляторы, центробежны е насосы и др.

1,1 1,2 1,3 1,2 1,3 1,4 Генераторы, станки, роторные насосы

Значение коэффициента Сбу определяются по данным табл. 3.

Таблица 3 - Значения коэффициента Сбу

Тип удара Крутящий момент ведущего шкива

Низкий или нормальный крутящий момент Высокий или неравномерный крутящий момент

1 2 3

Нет ударов 1,1 1,2

Легкие удары 1,2 1,3

Средние удары 1,3 1,5

Тяжелые удары 1,4 1,7

Значения эксплуатационной интенсивности отказов шкивов (Ар), приведенные в [Ы8>УС, 2011] равны 0,8*10~6 ч"1 для плоских шкивов и 1,5*10~б ч1 для желобчатых шкивов.

Анализ зависимостей (2)-(4), моделей интенсивностей отказов класса «Ременные передачи», а так же других классов механических элементов стандарта М8\¥С [гЬаёпоу, 2011], [Жаднов, 2013], [Монахов и др., 2013] позволил предложить следующую классификацию параметров и коэффициентов:

- Параметры ТУ;

- Параметры режима применения;

- Эмпирические коэффициенты;

- Физические константы.

В табл. 4 представлены параметры и коэффициенты математической модели класса «Ременные передачи», сгруппированные в соответствии с предложенной классификацией.

Таблица 4 - Параметры и коэффициенты модели эксплуатационной интенсивности отказов

Обозначе ние Наименование Значение Ед. измерения Примечание

1 2 3 4 5

Параметры ТУ (Data Sheet)

Типономинал (ТУ) передачи Из БД - ТУ на передачу

hpD Номинальная нагрузка Из БД ft-lbs/min ТУ на передачу

PD Диаметр ведомого шкива Из БД in ТУ на передачу

Типы ТУ ремней Из БД - ТУ на передачу

Параметры режима применения

hpo Рабочая нагрузка - ft-lbs/min ТЗ на объект

То Рабочая температура - °F ТЗ на объект

Крутящий момент ведущего шкива Список из БД - ТЗ на объект

Тип нагрузки Список из БД - ТЗ на объект

Обслуживание Список из БД - ТЗ на объект

Тип удара Список из БД - ТЗ на объект

Эмпирические коэффициенты

A,bd,b Базовая интенсивность отказов Из БД ч1 NSWC

àp Эксплуатационная интенсивность отказов ведущего и ведомого звена Из БД ч1 NSWC

Как следует из табл. 4, параметры и коэффициенты модели (1) либо должны содержаться в базе данных (БД), либо вводиться пользователем. Поэтому все данные, необходимые для расчета, следует разделить на 3 группы [Монахов, 2014]:

- группа е - коэффициенты, содержащиеся в БД;

- группа Г - коэффициенты, рассчитывающиеся по формуле;

- группа \ - коэффициенты, которые вводит пользователь. На основе этого деления построено дерево параметров и коэффициентов модели (1), приведенное на рис. 2.

45D

411?,В

С«.-а

pd

Сот

Cav

f f

f е е

hpo-

llpD -

I

e

PD

To

% Лр

e e

Рис}шок 2 - Дерево коэффициентов класса «Ременные передачи»

На основе классификации (см. табл. 4) и дерева коэффициентов (см. рис. 2), создаются таблицы класса для БД. Подробное описание БД системы АСОНИКА-К-СЧ приведено в [Жаднов и др., 2003], [Жаднов и др., 2012]. Для группы «Ременные передачи» к общим таблицам БД добавляются таблицы данного класса. Физическая модель БД с таблицами класса «Ременные передачи», разработанная с помощью CASE-средства построения архитектуры данных «Sybase Power Designer 15» [Нартова, 2012] приведена на рис. 3.

УАЯБРЕ

сш&вмим ШМВЕРЦЮО)

МЦМВЕЯЗ ^ЦМВЕЧООО)

\/АЯСНАН2(20;. <Пс1>

УАЯТУРЕ УАКСНАН2{100>

ЭУЗМЦН МЦМВЕЩ^ОО)

УА£5иЗЕ УАДСНАРЦ(25в)

рпмвизЕ

УАЯС4ЧАК2{150)

ММ МАШЕ МиМВЕЩЮО)

МАХ УАШЕ МиМВЕЩЮО)

мич^Еяяоя VАНС И АЯ2{ 100)

МАХ.ЕЯЯОЯ УАЯСНАЯ2(100)

УЕЯЗЮМ ЫиМ&ЕЯ^ОО)

Р01ЧМЗРЕ

РОЭДИ№"ОТ МиМВЕН(100)

ГчСОМБТ ыимвЕ^юо)

коо

МСМ5Т

мяимз

ьсоь ^иМВЕА;100)

С1_А35Мим ЧиМВЕЩЮО)

УЕЯБЮЫ Ч1ГМВЕ^100)

СРигРР

ИДИЕ УЗДСКАЮе») -л=>

комовирр ицмвечии!

ЧОМЕР М1М81

рогашктат

106 ИТ чиМВЕЯ<10С1

□ЕЗСЧ1РТ ■>>■■:.■ Щ-НКИ

ГГГОТ чиЧЕЕ^ЮО]

УЕЯЗ'ОМ НЦМВег(100)

1ЧЦМВЕ*{100}

МАМЕ УАЛСнАЯ^ВО)

501

ТАБ1_ЕМАМЕ УАЯСНАН{25)

МШМЗЕРВСХЖ МШВЕЩЮО)

ШЕТТТ'ЕЗ

стним иимаешюн

НЕКК :

ТУРЕ

ЧОШЗДЦРР Ч1Л13ЕВ(100) ЧАМРОГКЧЦРР 1диШЕЯ(10ег> [_>ЧЧВСА_В ШЫВЕЯРОД ПРО НиНБЕНСННГГ

ЬЧЧ&БА^Р ЧЬНИВЕ^ЮО?

КЕМЕЖЗРШРР

МОМСШРР «иМВЕЩЮО)

момросюяирр ГЧиМВЕЯ,М00>

ЬАМВСА^ чиМ&Е^ЮО)

|_амвяа_хзс МУМВЕРЦЮО)

ЧОМРСНЗЧИРР

РООйЯиРР

10ЕЫТ ЧиМВЕЯ^ОО)

Г+ОМ ЕЯ ЧЦМВЕ^ЮО)

момсэяирр ЛиМВЕ^ЮО)

МОМРООЗЯЦРР чиМ0ЕЯ(1ОО)

НАМЕ УАДСНАЯ^ЭОО)

ОВ2К УАЯСНАН2[10}

НЕМЕМ ::Е /

ЮЩСНАГЩ-ГЖГ]

ыомегг"

0351. УВКСНАЯ^КЮ,

сеу чимвЕялоо)

ВЕМЯГ4 »ОСЮВиРР

ношзкирр ГКЖВЕЩТОй] НОЛРОООЯЦРР Ыи'МЕЕР^ П."; ЧЕ^Е^ТГр '; 1 ' ОЙ |

свт кмввдик»

УПАД

С5У нимва^о^

ти

ЧС«ЕН ИиМВЕРЦЮО}

СОНЭТКГи ЬШМВЕВДОО}

ти

Рисунок 3 - Физическая модель БД с таблицами класса «Ременные передачи»

Данная модель позволяет создать раздел базы данных для модуля расчета показателей безотказности ременных и ценных передач. Отличительной особенностью этой БД является таблица КЕМЕМ_К8\¥С, (см. рис. 3), которая содержит параметры ТУ для данного класса элементов.

Использование такой БД позволяет снизить объем исходных данных, т.к. в этом случае при расчете необходимо будет ввести только параметры режима применения (см. табл. 4), причем численные значения необходимо задать только для рабочей температуры и рабочей нагрузки, а остальные -выбрать из списков.

Благодарности

Данное научное исследование (№ проекта 14-05-0038) выполнено при поддержке Программы «Научный фонд НИУ ВШЭ» в 2014 г.

Список литературы

[Маркин и др., 2010] Маркин, A.B. Методы оценки надёжности элементов механики и электромеханики электронных средств на ранних этапах проектирования. / A.B. Маркин, С.Н. Полесский, В.В. Жаднов. // Надёжность. - 2010. - № 2. - с. 63-70. [NSWC, 2011] NSWC-2011/LE10. Handbook of reliability prediction procedures for mechanical equipment.

[Zhadnov, V, 2011] Zhadnov, V. Methods and means of the estimation of indicators of reliability of mechanical and electromechanical elements of devices and systems. / V Zhadnov. // Reliability: Theory & Applications. - 2011. - Vol. 2, No 4. - p. 94-102.

[Жаднов, 2013] Жаднов, B.B. Методы и средства оценки показателей надежности механических и электромеханических элементов приборов и систем. / В.В. Жаднов. // Датчики и системы. 2013. - № 4. - с. 15-20.

[Монахов и др., 2013] Монахов, М.А. Анализ математической модели расчёта надёжности механических элементов класса «Подшипники». / М.А. Монахов, И.Л. Лушпа, В.М. Фокин. / Радиовысотометрия-2013: Сборник трудов Четвертой Всероссийской научно-технической конференции. // Под ред. A.A. Иофина, Л.И. Пономарева. - Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 2013. - с. 352-357.

[Монахов, 2014] Монахов, М.А. Разработка модели информационно-справочной базы данных для оценки безотказности электронных средств с учетом механических элементов. / М.А. Монахов. // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ. - М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2014. - с. 68.

[Жаднов и др., 2003] Жаднов, В.В. Автоматизация проектных исследований надёжности радиоэлектронной аппаратуры: научное издание. / В.В. Жаднов, Ю.Н. Кофанов, Н.В. Малютин, Е.П. Власов, И.В. Жаднов, С.П. Замараев, A.C. Измайлов, К.В. Марченков, С.Н. Полесский, С.А. Пращикин, В.В. Сотников. - М.: Радио и связь, 2003. -156 с.

[Жаднов и др., 2012] Жаднов, В.В. Управление качеством при проектировании теплонагруженных радиоэлектронных средств: Учебное пособие. / В.В. Жаднов, A.B. Сарафанов. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2012. - 464 с.

[Нартова, 2012] Нартова, A. PowerDesigner 15. Моделирование данных. / А. Нартова. -М.: Лори, 2012. - 480 с.