Надежность электроприводов

[Разд. 11

йены так, что отказ системы наступает только прн отказе всех элементов, соединение называют логически параллельным. Надежность является комплексным свойством, обусловленным сочетанием свойств безотказности, режжтопригодиости, долговечности и сохраняемости.

Работоспособность - это состояние устройства, при котором оно способно выполнять заданные фуикции, сохраняя зиачеиия параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Безотказность - это свойство устройства сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Событие, заключающееся в иарушении работоспособности устройства, называется отказом. Отказы, характеризующиеся скачкообразным или постепенным изменением одного или нескольких параметров устройства, называют соотаетствеиио внезапными и постепенными. Самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособности, определяют как сбой.

Ремонтопригодность есть свойство устройства, заключающееся в приспособлеино-сги к предупреладенню и обнаружению причин возникновения отказов, сювреждеиий и устраиеиию их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Устройство, работоспособность которого в случае возникновения отказа нли повреждения подлежит восстановлению, называют ремонтируемым, а в противном случае - не-ремоитируемым. Если устройство является ремонтируемым (иеремоитируемым) в рассматриваемой ситуации, его называют восстанавливаемым (иевосстанавливаемым) в этой ситуации. Например, блоки УБСР, заменяемые иа позиции системы при отказах и ремонтируемые впоследствии в стационарных условиях, являются ремонтируемыми, но иевосстаиавливаемыми в эксплуатации устройствами.

Долговечность определяется как свойство устройства сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при уста-иовлениой системе технического обслуживания и ремонтов. Под предельным состоинием понимается состояние устройства, при котором его дальиейшаи эксплуатация должна быть прекращена по техническим или экономическим причинам, условиям безопасности, необходимости среднего илн капитального ремонта. Календарную продолжительность илн объем работы устройства от начала эксплуатации до наступления предельного состояния называют соответственно сроком слуокбы или техническим ресурсом (наработкой).

Электроприводы, представляя собсй оя-плекс совместно действующих элементов (бло-иов), обеспечивающих выполиеиие определенных задач, как правило, являются ремонтируемыми. После отказа они подвергают си ремонту и продолжают работать дальше. В эгах условиях срок службы (технический ресурс) системы управления определяется ие физическим взносом, старением и разрегулировкой ощедьаых эашешся, а сниже-

нием эффективности всей системы в тлом и нецелесооазиостью ее дальнейшей эксплуатации. Обычно ои выбирается равным амортизационному сроку службы управляемого объекта. Поэтому свойство долговечности систем управления электроприводами при оценке их надежности не является существенным.

Сохраняемость - это свойство устройства непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранении и траиспортироваиия. Календарная продолжительность хранения и транспортирования объекта в заданных условиях при сохранении значений некоторых показателей в устаиовлеииых пределах называется сроком сохраняемости.

11.2. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ

Под показателями надежности понимают количественные характеристики одного или нескольких свойств, составлякяцих надежность устройства. Показатель иадеясности, относящийся к одному из свойств, составляющих надежность, называют единичным, а относящийся к нескольким свойствам - комплексным. Показатели иадежиости восстаиа-вливаемых и иевосстаиавливаемых устройств различны.

Основными показателями безотказности элементов и иевосстаиавливаемых систем являются вероятность безотказной работы, иитеисивность отказов, средняя наработка до отказа.

Вероятность безотказной работы R (Т) представляет собой вероятность того, что в пределах заданной наработки Г, отказ устройства не возиикиет. Статистическаи оценка R * (Тд) определяется отиошеинем числа устройств, безотказно проработавших до момеита времени Тд, к числу устройств, работоспособных в начальный момент времени.

Интенсивность отказов X(f) - это плотность условной вероятности возникновения отказа невосстаиавлнваемого устройства, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что для этого момента отказ не возиик:

X(i)

dR(f) Rdidf

(11.1)

Статистическим значением иитеисивности отказов является отношение числа отказов иевосстаиавливаемых устройств в единицу времени п (АО/Д к среднему числу устройств Nt, работоспособных к моменту t:

Решение уравнения (11.2) при начальных условиях /? (0) = 1 устанавливает связь между вероятностью безотказной работы и ин-тенсжвиостью отказов

*(4=ехр

t

Средняя наработка до отказа Тр, представляющая собой математическое ожидание наработки устройства до первого отказа, В отличие от двуу первых является менее полной числовой (а яе функциональной) характеристикой безотказности

Tcp = \R(f)dt. (11.4)

Для восстанавливаемых устройств показателями безотказности являются вероятность наработки между отказамв Р (Т больше заданиого зиачеиия Т3, параметр потока отказов Л (/), наработка яа отказ /ц.

Параметр потока отказов Л (t) есть плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого устройства, определяемая для рассматриваемого момента времеии. При этом предполагается, что после отказов происходит восстановление, и устройство вновь работает до отказа и т. д. Статистически параметр потока отказов оценивается средним числом отказов я (Л<)/Д<в единицу временя, определяемым с учетом отказов, возникших после восстановления, отнесенным к числу N наблюдаемых устройств:

A*{f) = n{iif)/N М. (11.5)

Отношение наработки Т восстанавливаемого устройства к математическому ожиданию m числа его отказов в течение этой наработки называют наработкой на отказ

ТТ/т. (11.6)

В установившемся режиме работы параметр потока отказов являетоя постояииой величиной Л, а наработка яа отказ

Tnl/A. (11.7)

Показателями ремонтопригодности, которые имеют смысл лишь для восстанавливаемых устройств, являются в (Tg) - вероятность восстановления в заданное время и Тв - среднее время восстановления, представляющее собой математическое ожидание времени восстановления работоспособности. При этом

т,= \ в(т)Л.

(11.8)

Показателями сохраняемости могут служить гамма-процентный и средний сроки сохраняемости, представляющие собой соответственно срок сохраняемости, который будет достигнут с вероятностью 7, и математическое ожидание срока сохраняемости.

К кснйплексяым показателям надежности относятся коэффициент готовности Кг, определяемый как

г = т. (11.9)

И коэффициент технического использования /Ст,и, который определяется выражением

где ?обс - суммарное время простоев из-за планового и внепланового технического обслуживания.

Главной особенностью промышленных электроприводов является то, что оценка качества их функционирования производится по экономическому критерию. При этом показатели надежности систем управления промышленными электроприводами выбираются из условия получения наибольшего иародио-хозяйствеяиого эффекта от их применения. В качестве основного показателя безотказ-яостя систем рассматриваемого класса при-яямается вероятность Р (Т) наработки между отказами больше заданного значения Г а в качестве основного показателя ремонтопригодности - вероятность в (Т3) восстанов-леияя в заданное время Тд. Основным показателем безотказности иевосстаиавливае-мых систем и элементов является вероятность R (Тз) безотказной работы в течение временя Та (функция надежности).

11.3. ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ И НАРАБОТКИ МЕЖДУ ОТКАЗАМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Анализ надежности предполагает использование математических моделей, отражающих вероятностные процессы функциониро-ваяяя исследуемых реальных устройств. Последние полностью характеризуются законами распределения (плотностью вероятности) некоторых случайных величия. В большинстве случаев, встречающихся на практике, в качестве моделей распределений времеии безотказной работы и наработки между отказами могут быть использованы распре- деление Вейбулла, гамма-распределение и их важнейший частный случай - экспояенпи-альиое распределение, а также нормальное распределение. Важнейшие характеристики этих распределений приведены в таол. 11.1.

В большинстве случаев, встречающихся яа практике, можно использовать в качестве модели распределеияй времени безотказной работы элементов систем управления электроприводами экспоиеициальное распределение. Полной и удобной характеристикой этого распределения является нитенсивность отказов X, имеющая постоянное значение. Параметр потока отказов системы с основным соединением N элементов также будет иметь постоянное значение, численно равное сумме иитеясивиостей отказов элементов:

<=1

(11.11)

Показатель безотказности системы - вероятность Р (Гз) наработки между отказами больше Та.

(11.10)

Р СГа) = е~ .

(11.12)

Таблица 11.1. Характернстикн распределения

Вид распределения

Графическая иллюстрация

Плотность вероятности f (<)

Вероятность безотказной работы Я(Гз)

Интенсивность отказов Я. (f)

Средняя наработка (на отказ)

Рзспреде

лен не Вейбулла

Гзмма-распреде-ленне

О 1 2 3 t

Эиспояен-цвальный

закон

где а -параметр масштаба; Ь - параметр формы

-6Г- *

где о -параметр масштаба; Ь - параметр формы

(в) =

2

const

Г(1/Ь-Ь1)

гдеГМ-- гамма-функции

ft-t-l