Курсовой проект

Вывод

Данная курсовая работа по дисциплине «надежность технических систем и техногенный риск» позволила закрепить навыки расчета основных свойств и параметров надёжности технических систем и техногенного риска, а также в работе рассмотрены основные положения теории надёжности.

по дисциплине

«Основы теории надежности»

Расчет надежности блоков БМРЦ

Выполнил: ст. гр. АТС-

Проверил: Табунщиков А.К.

Москва 2013

Группа АТС- Студент

Исходные данные к курсовой работе по ОТН:

Интенсивность отказов реле: λ₀=1.1*10^-6

Коэффициент нагрузки реле=0.2

Температура=20⁰ С

Количество реле группы СП-69=

Число паек блока СП-69=

Число проводов СП-69=

Число контактов СП-69=

Число реле блока НПМ=

Число проводов НПМ=

Число контактов НПМ=

Выдал 10. 04 2013 Табунщиков А.К.

Содержание

Введение 4

1. Расчет надежности элементов БМРЦ 4

2. Расчет надежности реле 6

3. Расчет надежности блока исполнительной группы СП-69 8

4. Расчет надежности блока наборной группы НПМ 8

5. Расчет надежности наборной и исполнительной групп 9

6. Методы повышения надежности БМРЦ 10

Список используемой литературы 14

1. Расчет надежности элементов БМРЦ

Надежность важнейший показатель качества изделия и, в общем случае, комплексное свойство, зависящее от других свойств изделия и разнообразных факторов.

Надежность изделия - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, а также технического обслуживания.

Надежность системы определяется надежностью входящих в неё элементов.

Вероятность безотказной работы элемента имеет вид

P(t)=e^-λt

Общая надежность системы Р, состоящей из n элементов, находится по формуле:

Р=Р₁*Р₂*…*Р_n

Интенсивность отказов системы λ_с равна сумме интенсивностей отказов, входящих в систему элементов:

λ_c= λ_э1+ λ_э2+…+ λ_эn

В системе из одноименных элементов, работающих в одних условиях эксплуатации, интенсивность отказов равна:

λ_c=n₁* λ_э1+n₂* λ_э2+…

C учетом коммутационной части системы (провода, пайки):

λ_cо= λ_с+ λ_к

Количественным показателем надежности используется средняя наработка на отказ Т_ср (для восстанавливаемых систем):

Т_ср=1/ λ_cо

При расчете надежности необходимо:

1. Провести анализ схем и выявить элементы, определяющие работоспособность системы, т. е. элементы, выход из строя которых приводит схему к отказу.

2. Определить количественный состав схемы по видам элементов.

3. Выбрать из [25] λ₀ интенсивность отказа реле

4. Определить из таблицы 1 λ₀ для сопротивлений типа МЛТ при заданных коэффициентах нагрузки типа К_н и температуре t⁰ С.

5. Определить λ_c=n₁* λ_э1+n₂* λ_э2+…

Значения λ₀ для сопротивлений типа МЛТ

Таблица 1

Температура t^0 C	Значения λ0 при следующих значениях коэффициента нагрузки Кн
0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9
	0.15	0.20	0.26	0.35	0.42	0.5	0.6	0.72	0.84	1.0
	0.21	0.27	0.34	0.43	0.51	0.62	0.75	0.88	1.07	1.26
	0.27	0.33	0.42	0.51	0.6	0.76	0.94	1.11	1.38	1.71
	0.34	0.4	0.50	0.59	0.71	0.92	1.17	1.38	1.76	2.22
	0.4	0.47	0.57	0.67	0.82	1.08	1.43	1.7	1.87	2.81

6. Определить интенсивность отказов всей системы λ_со с учетом поправок на пайку, провода и контакты

λ_со= λ_с+0.03*10^-6*n₁+0.01*10^-6*n₂+0.01*10^-6*n₃

где n₁ - число паек,

n₂ - число проводов,

n₃ – число контактов.

7. Определить среднее время Т_ср между двумя отказами

Т_ср=1/ λ_cо

2. Расчет надежности реле

Интенсивность отказов реле λ_р определяется по формуле:

i=m

λ_р=(λ₀∑α_i+∆λ*m) α_t, 1/ч

i=1

где α_i – поправочный коэффициент, учитывающий нагрузку на контакт (таблица 2);

α_t – поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры (таблица 3);

∆λ – дополнительная интенсивность отказов, зависящая от числа срабатываний реле n в рабочем режиме в час и допустимого числа срабатываний N по ТУ:

∆λ=n/N;

m – число задействованных пар контактов.

Коэффициент нагрузки реле K_н рассчитывается ро формуле

K_н=I_раб. max/ I_доп. ТУ

Где I_раб. max и I_доп. ТУ - максимальный ток через контакт в рабочем и допустимый по ТУ соответственно.

Для упрощения расчетов интенсивности рабочих отказов используется следующая формула:

λ_р= λ₀*α_i* α_t

Значения α_{i и} α_t для реле даны в таблицах 2 и 3

Таблица 2

Коэффициент нагрузки, Кн	Поправочный коэффициент, αi	Коэффициент нагрузки, Кн	Поправочный коэффициент, αi
0.1	0.1	0.6	0.78
0.2	0.2	0.7	0.98
0.3	0.32	0.8	1.25
0.4	0.41	0.9	1.55
0.5	0.6	1.0	2.0

Таблица 3

Температура t^0C	Поправочный коэффициент, αt	Температура t^0C	Поправочный коэффициент, αt
			1.22
	1.02		1.35
	1.06		1.5
	1.12		1.75
			2.00

Таблица 4

Температура t^0C	Значения λ0 при следующих значениях поправочного коэффициента, Кн
0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
	0.66	0.50	0.40	0.50	0.66	0.80	0.84	1.00
	0.82	0.66	0.50	0.66	0.82	0.94	1.15	1.40
	1.10	0.88	0.68	0.88	1.10	1.40	1.75	2.00
	1.75	1.45	1.10	1.45	1.75	2.20	2.70	3.20
	2.75	2.15	1.90	2.15	2.75	3.45	4.40	5.40

Интенсивность отказа конденсатора или резистора

λ_к(р)= λ_ср*α, 1/ч

λ_{ср. к.}=0.9*10^-6 1/ч, λ_{ср. р}=0.5*10^-6 1/ч.

Значения λ₀ для конденсаторов и резисторов при различных К_н и t приведены в таблицах 4 и 1.

3. Расчет надежности блока исполнительной группы СП-69

Принимаем для реле λ₀=1.1*10^-6 1/ч

По заданным К_н=0.2 и t⁰ C=20⁰ C из таблиц 2 и3 находим значения α_i=0.2 и α_t=1

Определяем λ_р одного реле λ_р=1.1*10^-6*0.2*1=2.2*10^-7 1/ч

Суммарная интенсивность отказов при количестве реле равном 7:

n* λ_р=8*2.2*10^-7=17.6*10^-7 1/ч

Интенсивность отказов всего блока с учетом поправок на пайки, провода и контакты:

λ_со =n* λ_р+0.03*10^-6*n₁+0.01*10^-6*n₂+0.01*10^-6*n₃

Где число паек, проводов и контактов подсчитываются по принципиальной схеме блока.

λ_со =17.6*10^-7+0.03*10^-6*90+0.01*10^-6*45+0.01*10^-6*90=5.81*10^-6

Среднее время Т_ср между двумя отказами

Т_ср=10⁶/ 5.81*8760=19.648 года,

Где 8760- количество часов в году.

4. Расчет надежности блока наборной группы НПМ

Блок НПМ содержит семь реле. Из [25] выбираем значения интенсивностей отказов для реле 2 и 3 классов надежности, входящих в состав блока:

λ_кч= λ_ики=7.81*10^-6 1/ч

λ_оп= λ_пп=4.16*10^-6 1/ч

λ_вк/ч=2.43*10^-6 1/ч

Суммарная интенсивность отказов реле блока НПМ и значения Т_ср определяются также, как и для блока исполнительной группы СП-69:

λ_с=30.53*10^-6 1/ч

С учетом паек, проводов и контактов:

λ_со=32.98*10^-6 1/ч

Определяем значения Т_ср:

Т_ср=1/ λ_cо=10⁶/32.98*8760=3.46 года

5. Расчет наборной и исполнительной групп.

Расчет надежности производится на базе функциональной схемы расстановки блоков наборной и исполнительной групп по плану станции.

Упрощенный расчет производится только для одного самого нагруженного элемента схемы, который примерно определяет надежность всей системы. Наиболее нагруженный элемент выявляется по блочной схеме для одной горловины станции.

Надежность работы наборной и исполнительной групп для загруженного элемента будет определяться как вероятность безотказной работы в течение года:

P(t)=e^-λ*8760

1. Наборная группа.

Выбранный для расчета участок станции оборудован блочной наборной группой, в состав которой входят блоки НПМ, ЧНСС, НМ11П и НМ11АП. Принимаем, что все блоки имеют одинаковые интенсивности отказов:

λ_нг1= λ_нпм= 32.98*10^-6 1/ч

Вероятность безотказной работы одного блока в течение одного года равна

P_иг=Р_нпм=e^{-32.98*10^-6*8760}=0.749

Заданную схему наборной группы для выбранного участка станции с точки зрения надежности рассматриваем как схему, состоящую из семи блоков, соединенных последовательно и имеющих одинаковые интенсивности отказов и вероятности безотказной работы.

P_нг= P_им11п* P_им11ап* P_нсс* P_нсс* P_нсс* P_нсс* P_нпм=7* P_нг1=7* P_нпм=5.24

Среднее время наработки на отказ определяется по формуле:

Т_ср=1/ λ_нг= Т_ср=10⁶/7* λ_нг1*8760=0.49 года.

2. Исполнительная группа

Выбранный для расчета наиболее загруженный участок станции оборудован следующими блоками: ЗМ111, ЧС, 2СП,УП. Все блоки, для упрощения расчета имеют одинаковые интенсивности отказов:

λ_нг= λ_сп=7.427*10^-6 1/ч

Вероятность безотказной работы рассматриваемой системы блоков ИГ:

P_иг = P_н111* P_с* P_сп* P_с* P_с* P_сп* P_с *P_м111=10* P_ип=0.46

Среднее время наработки на отказ:

Т_ср=1/ λ_иг= 1.35 года

6. Методы повышения надежности БМРЦ.

Повышение надежности достигается путем введения избыточности в количественном составе элементов системы, или резервированием.

Резервирование- способ повышения надежности путем включения резервных единиц, способных в случае отказа основного блока выполнять его основные функции.

В общем случае надежность неизбыточной системы определяется как произведение надежностей входящих в неё элементов.

P(t)=П* P_i(t)

Из уравнения следует, что выход из строя любого элемента приводит к отказу всей системы.

При синтезе высоконадежных систем необходимо применять резервирование. Если имеется система из S параллельных элементов, а вероятность неисправной работы t-го элемента Q_i(t), то вероятность выхода из строя системы равна

S

Q(t)=П* Q_i(t)

i=1

а вероятность исправной работы

S

P(t)=1-П* Q_i(t)

i=1

Следовательно, чем больше элементов S, тем больше Р, т. е. с увеличением числа резервных элементов надежность системы повышается.

Существует три метода резервирования:

· Общее, при котором параллельно подключают идентичные системы;

· Раздельное, путем применения отдельных резервных устройств;

· Комбинированное, используя в одной и той же системе общее и раздельное резервирование.

В зависимости от способа включения различают постоянное резервирование и резервирование замещением.

При постоянном резервировании резервные элементы присоединены к основным в течение всего времени работы и находятся с ним в одинаковом режиме. Главное достоинство метода в том, что не требуется переключающих устройств, при которых неизбежен кратковременный перерыв в работе системы при переключении на резерв. Существенным недостатком этого вида резервирования является снижение надежности резервных элементов со временем в такой же мере, как и надежности основных элементов, поскольку те и другие находятся в одинаково нагруженном режиме(горячий резерв).

Для системы из n последовательных с точки зрения надежности блоков, имеющих вероятности безотказной работы и интенсивности отказов, в которых К блоков задублированы (по одному резервному блоку на каждый основной), вероятность безотказной работы равна:

Р(t)=P₁(t)^n-k{1-[1-P₁(t)]²}^k,

Где P₁(t)- вероятность безотказной работы одного блока.

Р(t)=e^-(n-k)*λ*t{1-[1- e^-λ*t]²}^k

Среднее время наработки на отказ при горячем резерве:

∞ ∞

Т_ср=∫р(t)dt, Т_ср=∫ e^-(n-k)*λ*t{1-[1- e^-λ*t]²}^кdt

0 0

Используя полученные выражения, можно решить задачу синтеза схем наборной и исполнительной групп повышенной надежности, а также определения минимального числа блоков, дублирование которых повысило бы Т_ср на заданную велечину, например на 1 год, по сравнению с нерезервированной системой. Для этого в формуле аргументом будет являться количество задублированных блоков. Для решения интеграла

∞ ∞

∫ e^-(n-k)*λ*t{1-[1- e^-λ*t]²}^кdt=∫ e^-(n-k)*λ*t{2* e^-λ*t - e^--2λ*t}^кdt

0 0

Используется формула разложения бинома Ньютона

(a+b)ⁿ=aⁿ+n*a^n-1*b+(n*(n-1)/2!)*a^n-2b²+…+(n*(n-1)…(n-m+1)/m!)*a^n-m *b^m+…+n*ab^n-1+bⁿ

при к=0 (нет дублированных блоков)

∞ ∞

Т_ср=∫е^-λnt= е^-λnt/-λ*n І=lim(e^-λnA/-n*λ)-lim(e^-λnB/-n*λ)=1/n*λ

0 0 Aè∞ Bè∞

Для заданной схемы наборной группы, состоящей из семи элементов, получаем

Т ^к=0_{ср иг}=1/ λ_иг=1/ λ_иг1*n=0.0043

Для заданной схемы исполнительной группы, состоящей из 10 элементов, получаем

Т ^к=0_{ср иг}=1/ λ_иг1*n=1.29 года

Решение интеграла Т_ср для случая n=7, k=6 для систем блоков ИГ:

Т^к=6 _{ср иг}=

При λ_иг1=32.98*10^-6 1/ч

Т^к=6 _{ср иг}=1.18 года.

В таблице 5 и 6 приведены результаты расчета Т_ср при различных к соответственно для рассматриваемой группы блоков НГ и ИГ.

Таблица 5

Число резервных блоков НГ (К)	Тср НГ	Число резервных блоков НГ (К)	Тср НГ
	0.49		0.84
	0.55		0.99
	0.63		1.18
	0.72		1.43

Таблица 6

Число резервных блоков НГ (К)	Тср НГ	Число резервных блоков НГ (К)	Тср НГ
	1.29		2.38
	1.42		2.48
	1.56		2.75
	1.72		3.17
	1.92		3.69
	4.34

Из таблиц можно определить, какое количество блоков ИГ и НГ следует дублировать, чтобы надежность основной схемы повышалась на заданное время (дублирование пяти блоков ИГ позволяет повышать Т_ср ИГ на год 1 год).

Список используемой литературы

1. Л. П. Глазуков, В.П. Грабовецкий, О.В. Щербаков. «Основы теории надежности автоматических систем управления.» 1984 г.

2. Дружинин Г.В. и др. «Теория надежности радиоэлектронных систем в примерах и задачах»

3. Казаков Е.А., Архипов Е. В. «Разработка системы телеуправления стрелками и сигналами на участковой станции» Методические указания к курсовому и дипломному проектированию.

4.Cапожников В.В. и др. Надежность систем железнодорожной автоматики телемеханики и связи М Маршрут.2003.

Дата добавления: 2015-04-30