Надежность структурных схем гидропривода машин природообустройства

22. Гагарский Э. А. Прогрессивные транспортно-технологические системы: трудности роста // Морской флот, 2009. № 3. С. 3.

23. Гагарский Э. А., Кириченко С. А. Современные тенденции контейнерных перевозок в железнодорожно-морских сообщениях России // Проблемы современной науки и образования, 2016. № 15 (57). С. 14-18.

24. Гагарский Э. А., Кириченко С. А. Интермодальные перевозки и их операторы // Логистика, 2002. № 1. С. 20.

25. Кириченко И. С., Алексахин А. В., Серегин А. Н. Особенности и тенденции рынка лома нержавеющих сталей // Молодой ученый, 2015. № 7. С. 148-153.

Надежность структурных схем гидропривода машин природообустройства

Бондарева Г. И.1, Орлов Б. Н.2

1Бондарева Галина Ивановна /Bondareva Galina Ivanovna - профессор, кафедра метрологии, стандартизации и управления качеством, факультет «Процессы и машины в агробизнесе»;

2Орлов Борис Намсынович / Orlov Boris Namsynovich - профессор, кафедра эксплуатации, электрификации и автоматизации технических средств и систем природообустройства и

защиты в чрезвычайных ситуациях, факультет техносферной безопасности, экологии и природопользования, Российский государственный аграрный университет, Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева, г. Москва

Аннотация: в статье рассмотрены типы соединения элементов в структурной схеме, которые зависят от влияния отдельных элементов на работоспособность привода и не всегда совпадают с монтажным соединением. От последовательного монтажного соединения фильтров зависит работоспособность гидропровода, при разрыве сетки в обоих фильтрах или засорении сетки в одном фильтре может произойти отказ машины. Для определения безотказности работы гидросистемы в статье был выбран и исследован гидронасос как основной и определяющий блок гидросистемы. Ключевые слова: надежность, элементы, система, гидропривод, параллельное соединение.

В случае последовательного монтажного соединения фильтров структурная схема в зависимости от типа отказа может быть как параллельной, так и последовательной [1]. При последовательном монтаже фильтров работоспособность гидропровода нарушается при разрыве сетки в обоих фильтрах или засорении сетки в одном фильтре. При разрыве сетки в одном каком-либо фильтре жидкость очищается исправным, поэтому структурная схема представляется параллельным соединением [2]. При засорении одного из фильтров последовательного монтажа гидросистема становится неработоспособной, а структурная схема представляется последовательным соединением [3].

При параллельном монтажном соединении структурные схемы соединения элементов (фильтров) обратно рассмотренным.

Система последовательного соединения безотказна только в том случае, когда безотказны все элементы, начиная с 1-го до n-го. ВБР последовательного соединения элементов, согласно теореме умножения случайных событий, равна произведению вероятностей появления всех событий:

n

P = П P,

/=1

где P - ВБР i-го элемента [4].

Система параллельного соединения безотказна, если безотказны оба элемента или хотя бы один из них. Согласно теореме сложения вероятностей, ВБР системы P = P + P2 — PP [5].

Если ВБР элементов одинаковы P = P2 = P , то P = 2Рг — Pi2 .

Если структурная схема состоит из к параллельных цепей, в каждой из которых n элементов, то ВБР системы

k n

P = 1 — П

j=1 i=1

Правильность структурной схемы проверяется согласно принципу прохождения сигналов - сигналы проходят только по исправным элементам (отказавший элемент сигнал не пропускает). При последовательном соединении элементов сигнал с входа до выхода при отказе хотя бы одного элемента

38

не проходит. При параллельном соединении для прохождения сигнала достаточно иметь хотя бы одну исправную ветвь [6]. В процессе эксплуатации интенсивность отказов не зависит от времени, справедлив экспоненциальный закон надежности Р(Х) = ехр(—М) . ВБР последовательного соединения п элементов с учетом экспоненциального закона определяется по выражению:

п

Р(г) = ехр[—£ М/,- ] (3) /=1

где М и ^ - интенсивность отказов и время исправной работы 1-го элемента. Здесь можно видеть,

что надежность системы с последовательным соединением элементов ниже надежности наименее надежного элемента. Чем сложнее система, тем ниже ее надежность при прочих равных условиях.

ВБР параллельного соединения п элементов с учетом экспоненциального закона определяется по выражению:

Р(1) = 1 — П[1 — еХР(—М)]

Надежность параллельного соединения элементов при одинаковой их безотказности выше, чем надежность последовательного соединения.

Для высоконадежных элементов, когда допустимо < 1 и ехр(—М) = 1 — М, ВБР можно

п

определять как р^) = 1 —

/=1

Для расчета надежности сколь угодно сложной системы достаточно знать состав элементов, их число, монтажное соединение и статистические характеристики показателей надежности. Рекомендуется следующий порядок расчета [7]. Формулируют понятие отказа привода. Строят структурную схему надежности (Рис. 1), на которой указывают временные интервалы работы каждого элемента. Вычисляют количественные характеристики надежности каждого элемента, проводят сравнение и анализ.

Рис. 1. Структурная схема надежности гидропривода

Вычисляют количественные характеристики надежности всего привода - определяют суммарную интенсивность отказов

Л = £п^ + £+... + £п,М >

1=1 j=1 1=1

время безотказной работы Т = 1 / Л и ВБР в момент времени I.

По имеющейся структурной схеме проводят оценку надежности гидропровода [8]. Последовательно соединенные элементы включают в уравнение функциональной безотказности произведения ВБР каждого гидроустройства.

Для определения безотказности работы гидросистемы был выбран и исследован гидронасос как основной и определяющий блок гидросистемы.

Базовыми деталями гидравлического насоса, определяющими необходимость разборки для капитального ремонта, являются вал 1, блок цилиндров 11, распределитель 12. Эти детали в

/=1

структурной схеме надежности должны располагаться последовательно. Остальные варианты капитального ремонта определяются необходимостью совместной (одновременной) замены подшипника 2 с любым из элементов шатунно-поршневой группы 3.. .10, и потому эти комбинации в структурной схеме надежности соединяются параллельно. Для всех деталей насоса справедлив экспоненциальный закон наработки до первого отказа с интенсивностями отказов соответственно

Л = 1.2-10~7 ; Л2 = 5.0-10"7 ; Л = 2.2-10-7;

равными:

Л = Л = Л = Л =Л =Л = Л = 1.0-10 ;Л2 = 1.0-10 1/ч

Определить вероятность безотказной работы насоса в течение Г = 50000 ч.

Рис. 2. Структурная схема надежности гидравлического насоса

Исследования показали, что безотказная работа насоса в течение 1=50000 ч. возможна, когда исправны детали 1, 11, 12 (вал, блок цилиндров и распределительный золотник), и не вышли из строя подшипник 2 или какой-либо элемент шатунно-поршневой группы 3.10. Поскольку все события независимы, можно записать так:

последовательное соединение элементов 3.10 дает надежность ВБР

Р = Р Р 7

1 пос 1 31 4 ;

параллельное соединение 2 и 3.10 элементов дает надежность

Рпар = 1 "

Р(0 = Р1 РРн

1 -

Р1 = е

-1.2-10-'-50000

= 0.994; Р = *

-5.0-10-'-50000

= 0.9753; Р = е

-2.2-10-7-50000

= 0.989;

Р = р = р = р = р = р = Р10 = е-1.°-1(Г 50000 = 0.95 1 0; Р(0 = 0.994 - 0.9995 - 0.951[1 - (0.9753)(1 - 0.989 - 0.9957)] = 0.9511

,=3

Литература

1. Бондарева Г. И. Графоаналитические исследования потока отказов машин и оборудования для села / Г. И. Бондарева, Б. Н. Орлов // Техника и оборудование для села, 2012. № 8. С. 42-43.

2. Орлов Б. Н. Современные способы усиления конструкций кабин автотранспорта и тракторов / Орлов Б. Н., Бондарева Г. И // Вестник МГАУ им. В. П. Горячкина,2014. № 2. С. 35-38.

3. Бондарева Г. И. Повышение долговечности рабочих органов бетоносмесителей / Г. И. Бондарева // Вестник ВГОУ ВПО МГАУ, 2010. № 2. С. 119-124.

4. Евграфов В. А Влияние твердости поверхностного слоя на абразивный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин / В. А Евграфов., Б. Н. Орлов / Ремонт, восстановление, модернизация, 2004. № 3. С. 46-48.

5. Бондарева Г. И. Оценка технического состояния элементов машин и оборудования с применением средств и методов технической диагностики / Международный технико-экономический журнал, 2011. № 1. С. 79-85.

6. Орлов Б. Н. Визуализация, моделирование, надежность в эксплуатации мобильных строительно-дорожных комплексов / Б. Н. Орлов, Г. И. Бондарева // Известия СГСА, 2012. № 3. С. 116-122.

7. Бондарева Г. И. Герметизация неподвижных фланцевых соединений жидкими прокладками: научное издание / Г. И. Бондарева. М.: 2010, С. 94.

8. Орлов Б. Н. Физические основы и уровень надежности деталей машин и механизмов / Орлов Б. Н. «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования в водном хозяйстве» / Б. Н. Орлов; МГАУ им. Костякова А. Н. М, 2008. С. 127.

Концепция проблемы механики при проектировании конструкций машин

Бондарева Г. И.1, Орлов Б. Н.2

'Бондарева Галина Ивановна /Bondareva Galina Ivanovna - профессор, кафедра метрологии, стандартизации и управление качеством, факультет «Процессы и машины в агробизнесе»;

2Орлов Борис Намсынович / Orlov Boris Namsynovich - профессор, кафедра эксплуатации, электрификации и автоматизации технических средств и систем природообустройства и

защиты в чрезвычайных ситуациях, факультет техносферной безопасности, экологии и природопользования, Российский государственный аграрный университет, Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева, г. Москва

Аннотация: в статье описаны анализ и концепция проблемы механики сплошной среды по МКЭ, которые имеют огромное практическое значение для использования ЭВМ в целях эффективного расчета. С помощью вариационных принципов на основе принятой геометрии элементов и соответствующих интерполяционных функций вычисляют: характеристики элементов, матрицы жесткости, векторы нагружения и другое. Расчеты производятся с применением способа численной интеграции.

Ключевые слова: механика, проблема, проект, ЭВМ, элемент.

В процессе «шаг за шагом», который можно представить как простой алгоритм, выделяют следующие шесть важнейших шагов [1]:

• дискретизацию сплошной среды;

• выбор интерполяционных функций;

• вычисление характеристик элементов;

• формирование уравнений для сетки конечных элементов;

• решение системы уравнений;

• расчет нужных воздействий.

Важны первые три из шести шагов. Способ дискретизации, выбор вида элементов из общего числа элементов зависит как от природы решаемой проблемы, так и от необходимой точности требуемого решения. Наряду с числом и видом элементов важен и выбор узлов, основных неизвестных в них и интерполяционных функций. С помощью последних определяют поле переменных каждого элемента. От их выбора непосредственно зависит точность аппроксимации. Переменные в элементе могут быть скалярной, векторной или тензорной величиной [2, 3].

Характеристики отдельных элементов определяются независимо от сетки элементов как единого целого.

Последние три шага, имеющие большое значение для практических расчетов, приспосабливают к автоматическому режиму ЭВМ. В этой области ведутся исследования, поиск более экономичных решений с меньшим расходом счетного времени ЭВМ. Это, прежде всего, относится к действиям, связанным с решением больших систем алгебраических уравнений, особенно в области нелинейного анализа, который сводится к решению ряда линейных систем алгебраических уравнений.

Общая архитектура САПР, базирующаяся на МКЭ

Практически расчет характеристик некоторого устройства в процессе проектирования проходит стадию представления задачи уравнениями в частных производных и включает в себя три этапа: описание геометрии, физических характеристик, генерацию сети конечных элементов; расчет с помощью метода конечных элементов; визуализацию и интерпретацию результатов моделирования.

Эти три этапа хорошо разделены и в действительности соответствуют на уровне программного обеспечения трем функциям, выполненным отдельными модулями:

• модулем ввода данных;

• модулем вычислений;

• модулем вывода результатов.