Расчетно-экспериментальное определение гамма-процентного ресурса стрелы одноковшового экскаватора для Генеральной совокупности конечного объема

Расчетно-экспериментальное определение гамма-процентного ресурса стрелы одноковшового экскаватора для генеральной совокупности конечного объема

В.Е Касьянов, М.М. Зайцева, А.А. Котесова, А.А. Котесов, С.В. Котова

Основной задачей машиностроительной отрасли является обеспечение надежности строительных машин, в частности одноковшового экскаватора (ЭО). Известно [1], что одним из основных показателей надежности (долговечности) является гамма - процентный ресурс. При этом значение ресурса, полученное по выборочным данным часто оказывается завышенным, что на практике может привести к преждевременным, то есть незапланированным отказам. Вместе с тем экспериментальное получение для совокупности деталей ресурса объема Кс=103 и более является очень долгим и дорогостоящим процессом, особенно для базовых деталей экскаватора, например, стрелы.

В данной работе предлагается метод расчета гамма-процентного усталостного ресурса стрелы одноковшового экскаватора для совокупности конечного объема, с помощью аналитического метода определения параметров закона Вейбулла [2]. Расчет выполнен по алгоритму, который представлен на рис.1.

Обозначения, приведенные в алгоритме:

Кт - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений от сварки; еа - коэффициент, учитывающий влияние абсолютных размеров поперечного сечения на предел выносливости детали; в - коэффициент, учитывающий состояние поверхности; уа - коэффициент, учитывающий остаточные напряжения при сварке; т} - показатель угла наклона кривой усталости; у - заданная вероятность безотказной работы; Ас, Вс, Сс - параметры трехпараметрического распределения Вейбулла совокупности Тр, ; N - базовое число циклов нагружения; N - объем совокупности; ар-сумма относительных усталостных повреждений; о-1 - предел выносливости стали; осв - средневзвешенное напряжение в опасном сечении стрелы ОЭ.

Полученные при использовании предложенного алгоритма моделированные значения ресурса Трг- аппроксимируются трехпараметрическим законом Вейбулла и с помощью аналитического метода определяются параметры распределения совокупности ресурса. Рассчитанные значения гамма-процентного ресурса стрелы ОЭ для совокупности и выборки при у%= 99; 99,9; 99,99;99,999 представлены в (табл. 1,2) [3].

1 Исходные данные: детерминированные величины N К0, ар, Р,8о, п,у, m1; выборочные вариационные рядыа^, асв , й, ^ ^ш, , 1=1,...,п.

*

2 Коэффициент, учитывающий влияние всех факторов на сопротивление усталости

3 Предел выносливости детали _ °-и °-\дг и КоОг

♦

4 Ресурс детали -кт /" \rn1z Тр — .{°-1л ) ^ 3600 ' /; ^ <7^ )

5 Аппроксимация моделированного вариационного ряда ресурса Трi законом Вейбулла с тремя параметрами a, Ь, c

6 Определение аналитическим путем параметров закона Вейбулла для распределения крайних членов выборки A,B,C

*

7 Параметр сдвига для совокупности равен параметру сдвига крайних членов Сс =С

8 Математическое ожидание закона Вейбулла для выборки и — а' Г | 1 +1) + с Мв 1 ь1

*

9 Параметр формы Вс совокупности по принципу соответствия формы распределений Bc=b

*

10 Параметр масштаба Ас распределения совокупности Л _ Мв - Сс _ Мв - Сс А к

*

11 Г амма - процентные значения ресурса стрелы ТРус Сс + А  1п | | ус с V100%)

Рис.1 . Алгоритм расчета гамма - процентного значения усталостного ресурса стрелы для совокупности конечного объема

Таблица 1

Гамма-процентный ресурс стрелы ОЭ для совокупности

Стали Параметры закона Вейбулла Тр99 Тр99,9 Тр99,99 Тр99,999

Ас Вс Сс часы

Ст 3 10 мм 6560 1,44 693 962,70 748,00 704,78 696,05

Ст 3 12 мм 2566 1,41 1080 1178,26 1099,13 10/83,74 1080,73

09Г2С 10мм 68660 1,17 4694 6040,37 4881,41 4720,18 4697,66

09Г2С 12 мм 19800 1,14 6444 6794,10 6490,27 6450,14 6444,81

15ХСНД 10мм 292600 1,03 10189 13551,01 10546,64 10226,92 10192,75

15ХСНД 12мм 127300 1,08 21722 23521,12 21934,71 21747,45 21725,25

Таблица 2

Гамма-процентный ресурс стрелы ОЭ для выборки

Стали Параметры закона Вейбулла Тр99 Тр99,9 Тр99,99 Тр99,999

а в с часы

Ст 3 10 мм 6374 1,44 863 1124,09 915,49 873,49 865,01

Ст 3 12 мм 2500 1,41 1140 1236,03 1158,94 1143,94 1141,01

09Г2С 10мм 68008 1,17 5317 6650,22 5502,27 5342,57 5320,26

09Г2С 12 мм 18707 1,14 7491 7821,47 7534,41 7496,50 7491,47

15ХСНД 12мм 290727 1,03 11997 15337,55 12352,40 12034,73 12000,78

15ХСНД12мм 125272 1,08 23655 25425,14 23864,00 23679,72 23657,88

Построены графики плотностей распределения ресурса выборки и совокупности (рис.2).

Рис.2. Графики плотности распределения ресурса выборки и совокупности: а - Ст 3 - 10мм; б - Ст 3 - 12мм; в - 09Г2С - 10мм; г - 09Г2С - 12мм; д -15ХСНД - 10мм; е -15ХСНД - 12мм

Далее проведено обоснование необходимости перехода от распределения выборки к распределению совокупности ресурса стрелы ОЭ.

Определены погрешности между гамма-процентными значениями ресурса для совокупности и выборки:

т - т . д^= ^^ -100%,

т

рре

где Трув; - гамма-процентные значения выборки ресурса;

Трус; - гамма-процентные значения совокупности ресурса; 1=1... т.

Полученные погрешности определения ресурса и совокупности приведены в таблице 3.

Таблица 3

Погрешности (5 %) определения ресурса по выборке и совокупности

У 5 %

99 99,9 99,99 99,999

Ст 3 10 мм 14,36 18,29 19,31 19,53

Ст 3 12 мм 4,67 5,16 5,26 5,28

09Г2С 10 мм 9,17 11,28 11,65 11,70

09Г2С 12 мм 13,13 13,86 13,96 13,97

15ХСНД 10 мм 11,65 14,62 15,02 15,06

15ХСНД 12 мм 7,49 8,08 8,16 8,17

Построены графики погрешности ресурса по выборочным данным и по данным совокупности (рис. 3).

^

В /

А/

I / -ев

А/ /

5

б)

Е / ♦ С В

А /

/

и 3 (%}

д) е)

5 (%}

в

А // /

/

\ \ \ \ \ \ \ \

\ \

11 12,5 14 О

Рис. З.Графики определения погрешностей ресурса по выборочным данным и по данным совокупности: а - Ст 3 - 10мм; б - Ст 3 - 12мм; в - 09Г2С - 10мм; г - 09Г2С -12мм; д -15ХСНД - 10мм; е - 15ХСНД - 12мм

Таким образом, предлагаемый метод позволяет получить гамма-процентные значения усталостного ресурса стрелы одноковшового экскаватора для совокупности конечного объема по выборочным данным. При этом погрешность 6 между выборочным ресурсом и ресурсом совокупностью варьируется от 2,3 до 28,74 %. Из чего можно сделать вывод, что для вероятности безотказной работы 0,99 - 0,99999 значения рассчитанного по совокупности ресурса стрелы экскаватора не соответствует ресурсу, рассчитанному по выборочным данным [3], т.е. ресурс стрелы ОЭ для выборки будет завышенным, что приведет к незапланированным отказам.

Библиографический список

1.Серенсен С.В., Кагаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. - М.: Машиностроение, 1975. - 488с.

2.Касьянов В.Е., Зайцева М.М., Котесова А.А., Котесов А.А. Оценка параметров распределения Вейбулла для совокупности конечного объема. В ВИНИТИ

3. Зайцева М.М., Котесова А.А., Котесов А.А. Анализ вариантов изготовления стрелы одноковшового экскаватора. В ВИНИТИ. 07.04.2011 №164-B2011.