На тему: Расчёт надёжности систем автоматики
Студент: Хямяляйнен Т.Л.
Группа:5-МД-5
Проверил: Смирнов И. Н..
Санкт-Петербург
Процедура расчета включает в себя следующие этапы:
– разделение системы на элементы и составление логической схем надежности;
– определение показателей надежности элементов;
– расчет показателей надежности объекта.
Остановимся подробнее на этих этапах.
Разбить систему на элементы в принципе можно произвольно. Однако целесообразно в качестве элементов рассматривать типовые узлы или детали, для которых можно указать показатели надежности, не зависящие от их применения в конкретной системе. Обычно в качестве элементов электрических схем рассматривают резисторы, конденсаторы, транзисторы, электродвигатели, реле и другие широко распространенные детали. Элементами механических устройств принято считать зубчатые колеса, подшипники, крепежные детали и т. п. В качестве элементов могут выступать и достаточно сложные устройства, например измерительные приборы, если известны их показатели надежности.
В качестве показателей надежности элементов рассматриваются их интенсивности отказов. При этом следует руководствоваться данными конструкторской документации изготовителей и разработчиков, техническими отчетами об испытаниях или об изучении эксплуатационных данных, а также справочниками. Последний путь является основным при курсовом и дипломном проектировании ввиду ограниченного доступа к другой литературе.
Необходимо отметить, что справочные данные нередко значительно отличаются друг от друга вследствие того, что характеристики надежности элементов существенно разнятся в зависимости от их завода-изготовителя, модификации и года выпуска. В некоторых справочниках указываются три значения интенсивности отказов для каждого элемента − минимальное, максимальное и среднее, на которое и следует ориентироваться. Вместо интенсивностей отказов иногда приводятся коэффициенты надежности ki, определенные как отношение интенсивности отказов i рассматриваемого -го элемента к интенсивности отказов 0 некоторого базового элемента ki = i / 0 .Зная 0, нетрудно вычислить по этим коэффициентам и сами значения i :
i=ki 0 . (1)
Интенсивноcти отказов обычно указываются в справочниках для нормальных условий эксплуатации элементов (температура окружающего воздуха 20 °С, относительная влажность воздуха 30¸80 %, давление 840¸1600 ГПa, внешние механические воздействия отсутствуют, значения электрических нагрузок соответствуют стандартам и техническим условиям). Расчет надежности системы обычно также предусматривает ее эксплуатацию в нормальных условиях. Однако эти условия могут не соблюдаться для отдельных ее элементов вследствие их местного нагрева, отличных от номинальных электрических нагрузок и т. п.
Учет условий работы элементов электрических схем осуществляют с помощью поправочных коэффициентов по формулe
Н, (2)
где – фактическая, а Н− номинальная, т. е. относящаяся к нормальным условиям интенсивность отказов. Коэффициенты могут учитывать влияние вибраций, повышенной влажности и других воздействий. Часто их определяют по графикам, составленным на основании опытных данных, которые учитывают основные факторы – температуру T и электрические нагрузки. Обычно графики строятся в осях , T при различных значениях коэффициентов нагрузки kН.
В свою очередь, коэффициенты kН находятся по формуле
kН=NФ /NД , (3)
в которой NФ и NД – фактическое и допустимое значения некоторого определяющего электрического параметра.
Задание: Рассчитать показатели надежности принципиальной электрической схемы петельного полуавтомата фирмы «Некки» со стабилизацией частоты вращения доводки воздействием на электромагнитный тормоз, состоящей из следующих основных блоков (схема и её описание приведены ниже).
1. Блок питания
2. Устройство подъёма лапки и управление ножами (Исполнительные механизмы)
3. Управление электропривода
4. Устройство стабилизации частоты вращения (управление ЭмТ )
5. Управление аварийного останова
Состав блоков, интенсивности отказов входящих в них элементов и условия работы приведены ниже в соответствии с табл. 2 (названия граф опущены, а их цифровые обозначения сохранены). Электрическая нагрузка для каждого элемента указана в соответствии с табл.1, а коэффициенты нагрузки определены по формуле (3). Поправочные коэффициенты найдены по графикам приложения А.
Интенсивности отказов блоков согласно нумерации последних обозначены λ1 − λ5.
Таблица 2
| Наименование элемента | Количество элементов n | Номинальная интенсивность отказов λН, 10-6 1/ч | Рабочая температура, 0C | Нагрузка | kН | Фактическая интенсивность отказов λ, 10-6 1/ч | λn, 10-6 1/ч | ||
| фактическая NФ | допустимая NД | ||||||||
Блок питания
| Асинхронный двигатель Выключатель | 2,4 0,2 | 150Вт - | 300Вт - | 0,5 - | 0,4 - | 0,96 0,2 | 0,96 0,6 |
λ1=1,56∙10-6 1/ч
Устройство подъёма лапки и управление ножами
| Выпрямитель Реле Резистор Конденсатор Микропереключатель Кнопка Реле времени Электромагнит | 0,2 0,3 0,1 0,4 0,4 0,8 1,0 0,3 | 10ВА100 мА 1,3Вт 350В - - 240 мА 100В | 20ВА 160 мА 2,0Вт 500В - - 480 мА 200В | 0,5 0,625 0,65 0,7 - - 0,5 0,5 | 0,4 0,5 0,5 0,4 - - 0,4 0,4 | 0,08 0,15 0,05 0,16 0,4 0,8 0,2 | 0,08 1,95 0,1 0,32 1,2 1,6 0,1 0,3 |
λ2=5,65∙10-6 1/ч
Управление электропривода
| Выпрямитель Реле Резистор Электромагнитная муфта Диод Микропереключатель Тумблер Электромагнит | 0,2 0,3 0,1 0,3 0,4 0,1 0,3 | 150ВА 100мА 1,3Вт 150Вт 10 ВА - - 100В | 300 ВА 160 мА 2,0Вт 300 Вт 20 ВА - - 200В | 0,5 0,625 0,65 0,5 0,5 - - 0,5 | 0,4 0,45 0,5 0,4 0,4 - - 0,4 | 0,08 0,135 0,05 4,0 0,12 0,4 0,1 0,12 | 0,08 1,485 0,05 4,0 0,12 0,4 0,3 0,12 |
λ3=6,555∙10-6 1/ч
Устройство стабилизации частоты вращения и останова ЭмТ
| Реле времени Реле Синхронизатор Электромагнитный тормоз Диод Микропереключатель | 0,3 0,3 0,5 0,3 0,4 | 240мА 100мА - 150Вт 10 ВА - | 480 мА 160 мА - 300 Вт 20 ВА - | 0,5 0,625 - 0,5 0,5 - | 0,4 0,45 - 0,4 0,4 - | 0,12 0,135 0,5 4,0 0,12 0,4 | 0,36 0,405 1,0 4,0 0,12 0,4 |
λ4=6,285∙10-6 1/ч
Управление аварийного останова
| Реле Микропереключатель Тумблер Триод Потенциометр Резистор Конденсатор Тахогенератор | 0,3 0,4 0,1 0,5 5,0 0,1 0,4 4,0 | 100 мА - - 15 ВА 0,5 Вт 1,3 Вт 350 В 30 Вт | 160 мА - - 30 ВА 1,2 Вт 2,0 Вт 500 В 50 Вт | 0,625 - - 0,5 0,4 0,65 0,7 0,6 | 0,45 - - 0,4 0,3 0,5 0,55 0,43 | 0,135 0,4 0,1 0,2 1,5 0,05 0,22 1,72 | 0,405 0,4 0,1 0,2 3,0 0,05 0,66 1,72 |
λ5=6,535∙10-6 1/ч
Интенсивность отказов всей системы равна сумме найденных значений λ1−λ5:
λ = λ1 + λ2 + λ3 + λ4 + λ5 =26,585∙10-6 1/ч.
Вероятность безотказной работы в течение t = 4000 ч составит
=e-0,10634 =0,899118896
или после округления
0,9
В качестве дополнительной характеристики, учитывающей свойство ремонтопригодности системы, рассчитаем коэффициент готовности . Для вычислений по формуле (11) необходимо определить среднее время безотказной работы каждого блока (среднюю наработку до отказа) по формуле (6):
T01 = 1/λ1 = 641 000 ч, T02 = 1/λ2 = 177 000 ч, T03 = 1/λ3 = 153 000 ч,
T04 = 1/λ4 = 160 000 ч, T05 = 1/λ5 = 153 000 ч.
На основании опыта эксплуатации аналогичных систем примем следующие значения среднего времени восстановления каждого блока:
ТВ1 = 24 ч, ТВ2 = 9 ч, ТВ3 = 3 ч, ТВ4 = 1 ч, ТВ1 = 19 ч.
По формуле (11) определим коэффициент готовности системы:
= = 0,999 76
Это значение также следует округлить:
0,999 8.
В окончательном ответе приведем округленные значения показателей:
вероятность безотказной работы системы в течение 4 000 ч равна 0,9;
коэффициент готовности равен 0,999 8.