Анализ надежности и техногенного риска промышленного тахометра ИЛМ-1

Содержание Аннотация

1.Описание исследуемой системы

2. Определения требований надежности и работоспособности системы

3. Распределение требований надежности системы по различным

подсистемам

4. Проведение анализа надежности системы и техногенного риска на основе методов надежности

5. Исследования и рекомендации Заключение

Аннотация В данной курсовой работе, на основе методики проведения анализа надежности технической системы, проведены количественный и качественный методы надежности энергетической системы промышленного тахометра ИЛМ1.

Проведен качественный анализ отказов, с использованием метода «дерева отказов», определены основные требования надежности и работоспособности системы.

надежность техногенный риск тахометр

Введение

Развитие современной аппаратуры характеризуется значительным увеличением ее сложности. Усложнение обуславливает повышение гарантии своевременности и правильности решения задач.

Проблема надежности возникла в 50-х годах, когда начался процесс быстрого усложнения систем, и стали вводиться в действие новые объекты. В это время появились первые публикации, определяющие понятия и определения, относящиеся к надежности и была создана методика оценки и расчета надежности устройств вероятностно-статистическими методами.

Исследование поведения аппаратуры (объекта) во время эксплуатации и оценка ее качества определяет его надежность. Термин «эксплуатация» происходит от французского слова «exploitation», что означает получение пользы или выгоды из чего-либо.

Надежность — свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах.

Для количественного выражения надежности объекта и для планирования эксплуатации используются специальные характеристики — показатели надежности. Они позволяют оценивать надежность объекта или его элементов в различных условиях и на разных этапах эксплуатации.

Более подробно с показателями надежности можно ознакомиться в ГОСТ 16 503–70 — «Промышленные изделия. Номенклатура и характеристика основных показателей надежности.», ГОСТ 18 322–73 — «Системы технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения.», ГОСТ 13 377–75 — «Надежность в технике. Термины и определения» .

Надежность представляет собой комплексное свойство, сочетающее в себе понятие работоспособности, безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохранности.

Работоспособность — представляет собой состояние ОБ, при котором он способен выполнять свои функции.

Безотказность — свойство ОБ сохранять свою работоспособность в течение определенного времени. Событие, нарушающее работоспособность ОБ, называется отказом. Самоустраняющийся отказ называется сбоем.

Долговечность — свойство ОБ сохранять свою работоспособность до предельного состояния, когда его эксплуатация становится невозможной по техническим, экономическим причинам, условиям техники безопасности или необходимости капитального ремонта.

Ремонтопригодность — определяет приспособляемость ОБ к предупреждению и обнаружению неисправностей и отказов и устранению их путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемость — свойство ОБ непрерывно поддерживать свою работоспособность в течение, и после хранения и технического обслуживания.

1. Описание исследуемой системы В качестве исследуемой технической системы рассмотрим промышленный тахометр ИЛМ — 1.

Прибор ИЛМ-1 выпускался большой серией в 70-х годах. Благодаря тому, что прибор подключается только к катушке электроснабжения мотора, он никак не влияет на систему зажигания мотора и не может ухудшить надёжность его работы. Этим прибор ИЛМ-1 выгодно отличается от других выпускавшихся примерно в то же время приборов ДЛМ-1 и ТС-1. Однако этим обусловлен и принципиальный недостаток этого прибора: он не может работать с моторами, не имеющими катушки электроснабжения (старые «Ветерки», «Москвы» и «Стрелы» с магнето МЛ-10−2С), или маховик с числом магнитов, отличным от четырёх (новые «Ветерки» с электронным зажиганием).

Прибор ИЛМ-1 может работать с «Вихрями» с магдино МВ-1, электронными системами МБ-2 и МБ-22, «Нептунами» всех моделей, «Приветами», «Прибоями», а также с любыми моторами зарубежного производства, имеющими катушку электроснабжения и маховик с четырьмя симметрично расположенными магнитами.

Прибор надёжен, ремонтопригоден и в принципе может служить неограниченно долго. В помощь любителям, ремонтирующим ИЛМ-1 предлагается его паспорт, предоставленный Кириллом Вахнеевым.

Измеритель температуры и угловой скорости (числа оборотов) лодочных моторов ИЛМ, далее по тексту — измеритель, предназначен для контроля температуры и угловой скорости двухтактных двухцилиндровых двигателей лодочных моторов типа «Вихрь», «Нептун», «Привет», снабженных системой зажигания и электроснабжения магдино МВ-1 с катушками освещения.

Технические характеристики:

Измеритель питается от источника переменного тока лодочного мотора напряжением 6−20 В (катушек освещения). Подключение измерителя к катушкам зажигания и использование с магнето МГ-101 и другими, не имеющими катушек освещения, КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ, так как это приводит его к выходу из строя. В случае несоблюдения указанных рекомендаций завод снимает гарантию. Измеритель работает в интервале температур от 273 до 313 К (от 0 до 40°С) и относительной влажности воздуха 98%. Измеритель контролирует температуру тела двигателя в пределах (303−373) К (30−100)°С с допускаемой погрешностью не более +5 К (+5°С) и угловую скорость коленчатого вала двигателя в пределах 1000−6000 об/мин, с допускаемой погрешностью не более +200 об/мин. Электрическая схема прибора приведена на рисунке.

Рисунок 1

Прибор ИЛМ-1. Схема электрическая принципиальна

Таблица 1

Спецификация

Таблица 2

Техническая характеристика

Принцип работы и устройство Работа схемы измерения угловой скорости основана на методе заряда и разряда конденсатора.

На вход схемы подается напряжение, по форме близкое к синусоидальному, с амплитудой от 6 до 20 В, в зависимости от скорости вращения вала двигателя. Частота напряжения прямо пропорциональна скорости вращения вала двигателя. Сформированные входным устройством разнополярные прямоугольные импульсы управляют работой электронного ключа, с помощью которого происходит периодический заряд и разряд конденсатора СЗ.

Ток разряда пропорционален частоте переключении, т. е. частоте измеряемого напряжения. Ток регистрируется микроамперметром, верхняя шкала которого проградуирована в об/мин., а нижняя — в °С. Таким образом, ток прибора прямо пропорционален угловой скорости вала двигателя.

Измерение температуры производится с помощью терморезистора, вмонтированного в термошайбу, включенного в одно из плеч измерительного моста.

В диагональ моста включен микроамперметр. При температуре ЗОЗК (30°С) мост сбалансирован, при повышении температуры мост разбалансируется, ток в диагонали моста регистрируется микроамперметром.

Порядок работы:

При распаковке измерителя проверить сохранность и наличие пломб ОТК завода-изготовителя, наличие прилагаемых узлов, деталей и документации, согласно комплекту поставки, обратив особое внимание на заводские номера собственно измерителя и термошайбы — они должны соответствовать номерам, указанным в паспорте.

Измеритель устанавливается на приборной панели лодки с внутренней стороны. Для установки измерителя необходимо вырубить перед рулевым управлением окно размером 139×71 мм и просверлить четыре отверстия диаметром 4,5.

Измеритель крепится четырьмя винтами М4×8, которые входят в комплект поставки прибора. Перед закреплением измерителя окно на приборной панели обрамляется входящим в комплект поставки хлорвиниловым ободом, что улучшает внешний вид панели с установленным измерителем.

Термошайба устанавливается под гайку одной из шпилек или болтов крепления блока головки цилиндров лодочного мотора. Соединение измерителя с термошайбой и двигателем осуществляется проводами из комплекта поставки прибора, которые прокладывают вдоль борта лодки.

Эксплуатация прибора с моторами серии «Нептун», «Привет» аналогична его эксплуатации с моторами «Вихрь» в связи с идентичностью их систем электрооборудования.

Для подключения измерителя к двигателю на нижней стенке корпуса прибора установлено три клеммы, снабженные соответствующими надписями. Соединение измерителя с контактами двигателя производится в следующем порядке:

а) клеммы «КЛ1» и «КЛ2» измерителя подключаются посредством соединительных проводов с клеммами катушек освещения;

б) термошайба подключается посредством длинного провода к клемме «КЛЗ» измерителя, вторая клемма термошайбы подключается коротким проводом к клемме катушек освещения, к которой подключен провод, идущий к клемме «КЛ2» измерителя.

Измеритель настроен на заводе-изготовителе и при эксплуатации дополнительной настройки не требует.

Определение угловой скорости коленчатого вала двигателя производится по показаниям стрелки прибора по верхней шкале, при положении переключателя «ОБ/МИН», определение температуры тела двигателя — по нижней шкале при положении переключателя «Т°С» .

Контроль температуры целесообразно производить постоянно во время работы лодочного мотора. По показанию измерителя можно судить о тепловом режиме двигателя, что чрезвычайно важно при дистанционном управлении.

Для моторов типа «Вихрь» предельно допустимая температура двигателя составляет от 338 до 343 К (от 65 до 70°С), критическая температура находится в пределах от 348 до 353 К (от 75 до 80°С).

Для моторов типа «Нептун», «Привет» предельно допустимая температура двигателя составляет (303−323) К (30−50)°С, критическая — от 328 до 343 К (от 55 до 70°С).

Таблица 3

Характерные исправности и методы их устранения

Гарантийные обязательства Измеритель должен быть принят ОТК. завода-изготовителя. Без предъявления свидетельства о приемке претензии к качеству измерителя не принимаются и гарантийный ремонт не производится. Завод-изготовитель гарантирует соответствие измерителей техническим характеристикам при соблюдении потребителем условий эксплуатации, транспортирования и хранения. Срок гарантии — двенадцать месяцев с момента продажи измерителя. В течение гарантийного срока ремонт измерителей производится безвозмездно предприятием-изготовителем или специальными мастерскими, обслуживающими потребителей. Обмен неисправных измерителей производится в соответствии с утвержденными республиканскими правилами обмена промышленных товаров, купленных в розничной сети.

2. Определения требований надежности и работоспособности системы Настоящий раздел распространяется на «Измеритель угловой скорости и температуры лодочного мотора», выпускаемого по УШ2 328 000 ТУ и устанавливает методы и средства их первичной и периодической поверок, а также после производства ремонта.

Метрологические параметры:

— измерение угловой скорости в пределах 1000−6000 об/мин с допускаемой погрешностью +200 об/мин;

— измерение темпера гуры в пределах 303−373 К (30−100°С) с допускаемой погрешностью +5K (+5°С).

При проведении поверки должны выполняться операции и применяться средства поверки, указанные в таблице.

Таблица 4

Примечание. Поверка допускаемой погрешности при измерении угловой скорости на предприятии-изготовителе производится с использованием стенда для проверки измерителя ИЛМ по угловой скорости и тахометра стробоскопического СТ-5, на местах эксплуатации и при ремонте — с использованием генератора ГЗ-56 и частотомера 43−34.

При проведении поверки должны соблюдаться нормальные климатические условия согласно ГОСТ 15 150–69. Напряжение сети 220 В + 10%.

Перед проведением поверки должны быть выполнены подготовительные работы:

— заземлить все средства поверки и подготовить их к измерениям в соответствии с нормативно-технической документацией на них;

— при работе со средствами поверки выполнять правила техники безопасности при работе с радиоэлектронным оборудованием (раздел К) При проведении внешнего осмотра должно быть установлено соответствие комплектности прибора разделу «Комплектность» настоящего паспорта, целостность защитного стекла и арретира измерительного прибора, целостность клемм, исправность проводов.

Определение метрологических параметров Определение погрешности измерения угловой скорости Проверить установку «0» измерительного прибора, при необходимости установить корректором стрелку прибора на отметку «0» .

Подключить к клеммам «КЛ1» и «КЛ2» выход генератора ГЗ-56 или ему подобного. Установить напряжение 10−15 В, клеммы «КЛ2», «КЛЗ» шунтировать резистором 12 кОм 0,5 Вт любого типа. Установить переключатель «В» в положение «ОБ/МИН» .

Выставить частоту напряжения генератора ГЗ-56 200 Гц, контролируя ее частотометром Ч3−34 или ему подобным, при этом стрелка прибора должна быть на отметке 6000 об/мин, при необходимости установить стрелку прибора на отметке 6000 об/мин резистором R9.

Далее последовательно устанавливают частоту генератора 33, 67, 100, 133, 167 Гц. Показания поверяемого прибора не должны отличаться более чем на +200 об/мин от величин 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 об/мин соответственно.

Примечание. Подключение прибора к стенду для проверки измерителя ИЛМ по угловой скорости и установка частот на нем производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации на этот стенд.

Проверка погрешности измерения температуры Для проверки измерителя в режиме измерения температуры установить переключатель «В» в положение «Т°С», частоту генератора ГЗ-56 в пределах 33−200 Гц. Подсоединить к клеммам «КЛ2», «КЛЗ» магазин сопротивлении Р-33, предварительно сняв шунтирующий резистор.

Величину магазина сопротивлений установить равной по величине сопротивления термошайбы при температуре 303К (30°С), указанной в разделе 3 паспорта. При этом показание измерителя должно быть (303+5)К (30+5)°С. При необходимости установить стрелку прибора на отметку ЗОЗК (30°С), вращая ось переменного резистора R16. Установить величину магазина сопротивлений равной величине сопротивления термошайбы при температуре 363К (90°С), указанной в разделе 3 паспорта, при этом показания измерителя должны быть (363 + 5) К (90+5)°С. При необходимости установить стрелку на отметке 363К (90°С) вращая ось переменного резистора R18.

Поместить термошайбу в термостат. Температуру в термометре устанавливать последовательно 303, 313, 333, 353, 373, К (30, 40, 60, 80, 100°С). Показания измерителя не должны отличаться от величины температуры в термостате более чем на +5К (+5°С).

Примечание. Настройка и поверка измерителей на заводе-изготовителе производится на специальном стенде, имитирующем работу электрооборудования лодочных моторов.

— Отсчет показании измерителя производить не менее, чем через 15 минут после установления температуры в термостате.

— В процессе эксплуатации поверку прибора производить не менее одного раза в год.

Таблица 5

Перечень отказов системы

3. Распределение требований надежности системы по различным подсистемам Основные требования надежности и работоспособности промышленного тахометра:

Бесперебойное снабжение мотора.

Принцип подключения всех элементов схемы должны отвечать требованиям чертежа.

Регулярное проведение технического осмотра промышленного тахометра, его ремонта, а также своевременное и качественное устранение все замеченных мелких неполадок.

Бесперебойная подача электроэнергии.

Нумерация элементов, интенсивности отказов и время отказов и представим в таблице 6.

Таблица 6

Показатели надёжности элементов изделия

4. Проведение анализа надежности системы и техногенного риска на основе методов надежности Существует два вида анализа надежности системы: количественный и качественный.

Количественный анализ надежности проводится с помощью расчетов.

Рисунок 2. Схема соединения основных узлов промышленного тахометра ИЛМ-1.

Вероятность всех каждого элемента основных узлов промышленного тахометра:

Рисунок 3. Этап первый преобразования схемы.

В исходной схеме элементы Д2 и С1 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом 1.

Элементы R1 и Д1 образуют последовательное соединение. Заменяем их квазиэлементом 2.

Элементы Д3, R4, Т и R7 образуют последовательное соединение. Заменяем их квазиэлементом 3.

Элементы С2, Д4 и R6 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом 4.

Элементы R8 и R9 образуют последовательное соединение. Заменяем их квазиэлементом 5.

Элементы Д5 и Д6 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом 6.

Элементы R10 и R11, R15 и R16, R12 и R13, R17 и R18 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементоми 7, 8, 9, 10.

Элементы R3, 1, 2 и R2 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом 11.

Элементы 5 и С3 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом 12.

Элементы 6, 7 и R14 образуют последовательное соединение. Заменяем их квазиэлементом 13.

Элементы 8 и 9 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом 14.

Элементы КЛ1,11 и R5 образуют последовательное соединение. Заменяем их квазиэлементом 15.

Элементы КЛ1 и 3 образуют последовательное соединение. Заменяем их квазиэлементом 16.

Элементы КЛ3 и 4 образуют последовательное соединение. Заменяем их квазиэлементом 17.

Элементы 12 и 13 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом 18.

Элементы ИП и 14 образуют последовательное соединение. Заменяем их квазиэлементом 19.

Рисунок 6. Этап четвертый преобразования схемы.

Элементы 15, 16 и 17 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом 20.

Элементы 18 и 19 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом 21.

Рисунок 7. Этап пятый преобразования схемы.

Элементы 20 и 21 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом 22.

Все данные расчетов занесены в таблицу 8.

Качественный анализ проводится с использованием метода «дерева отказов». При анализе возникновения отказа, «дерево отказов» состоит из последовательностей и комбинаций нарушений и неисправностей, и таким образом оно представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке, для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения.

Значения логических символов дерева отказов представлены в таблице 7.

Таблица 7

Значение логических символов дерева отказов

«Дерево отказов» будет сделано на примере работы всего прибора, будут учитываться основные требования надежности и работоспособности системы прибора. Полная схема «дерева отказов» представлена в Приложении 2.

«Дерево отказов» основано на конструкционном, производственном, эксплутационном отказах и на человеческом факторе.

Таблица 8

Расчет вероятности безотказной работы системы

Рисунок 8. Зависимость вероятности безотказной работы системы от вероятности безотказной работы ее элементов.

5. Исследования и рекомендации Для повышения надежности системы — промышленного тахометра ИЛМ 1 в целом необходимо соблюдать следующие рекомендации по эксплуатации:

Проведение планового (периодического) осмотра — это операция планового технического обслуживания, выполняемая с целью проверки элементов прибора;

Ежесменный (ежедневный) осмотр — операция планового технического обслуживания, выполняемая с целью: предотвращения отказов элементов, наблюдения за выполнением правил технической эксплуатации, требований техники безопасности и предупреждения их нарушений;

Ежемесячное (ежедневное) поддержание чистоты (прибора) — операция планового технического обслуживания, выполняемая с целью предотвращения ускоренного изнашивания открытых рабочих поверхностей; повышения производительности труда;

Замена изнашивающих трущихся поверхностей взаимно перемещающихся элементов;

Периодическая очистка от пыли — операция планового технического обслуживания электрической и электронной частей прибора, осуществляемая с целью предупреждения отказов электрических и электронных систем, предотвращения несчастных случае с механическими повреждениями изоляции и цепей замыкания;

Замена быстроизнашивающихся элементов — это операция технического обслуживания, выполняемая с целью: сохранения или восстановления первоначальной производительности в связи с изнашиванием и деформацией отдельных элементов, безопасности условий работы с прибором;

Профилактические испытания электрической и электронной частей прибора — это операция планового технического обслуживания, осуществляемая с целью: предотвращения отказов и сбоев; предотвращения несчастных случаев; соблюдения требований действующих правил технической эксплуатации электрооборудования;

Быстрое и качественное выполнение плановых и неплановых ремонтов.

Выполнение приведенных выше основных операций технического обслуживания являются необходимым условием сохранения работоспособности промышленного тахометра.

Заключение

В результате выполнения курсовой работы был проведен количественный анализ надежности технической системы, что позволило уменьшить количество отказов на стадии эксплуатации. Выявлено, что на этапе эксплуатации надежность технических систем должна обеспечиваться:

— своевременным выявлением и устранением отказов и неисправностей;

— обучением персонала эксплуатирующей организации;

— организацией учета и анализа данных о надежности средств технической системы;

— своевременным выявлением и устранением причин возникновения неисправностей, корректировкой (при необходимости) конструкторской, производственной, эксплуатационной и качественным обучением персонала;

— проведением комплекса профилактических мероприятий, выполняемых эксплуатационным персоналом;

— наличием оптимальной системы технического обслуживания и ремонта.

1. http://www.motolodka.ru/ilm.htm

2. Байхельт Ф., Франкен П. Надежность и техническое обслуживание: Математический подход. — М.: Ридио и связь, 1988. — 392 с.

3. Ветошкин А. Г.: Ветошкин А. Г. Надежность технических систем и техногенный риск: Учебное пособие. — Пенза: Изд-во ПГУАиС, 2003. — 154 с.

4. Гнеденко Б. В., Беляев Ю. К., Соловьев А. Д. Математические методы в теории надежности. — М.: Наука, 1965. — 524 с.