Анализ надежности боковой стены полувагона

Для рассматриваемого узла – боковая стена 4-х осного полувагона контролируемые параметры приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Контролируемые при изготовлении параметры боковой стены

4-х осного полувагона

Параметры боковой стены полувагона	Значения параметров, мм
1. Длина боковой стены 2. Толщина боковой стены 3. Высота боковой стены 4. Расстояние между вертикальными стойками 5. Расстояние между вертикальной стойкой и угловой стойкой

Виды технического обслуживания и ремонта вагонов приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Виды технического обслуживания и ремонта боковой стены

4-х осного полувагона

Виды ТО и Ремонта	Место проведения ТО и ремонта
Техническое обслуживание	- на сортировочных станциях, ПТО, для обнаружения неисправностей кузова вагона - на промежуточных станциях.
Ремонт	- на сортировочных станциях, механизированном пункте ремонта вагонов, депо.

Боковая стена должна выполнять следующие основные функции:

- защита груза от повреждения;

- сохранение жесткости кузова вагона;

- обеспечение погрузочно-разгрузочных работ.

Виды отказов боковой стены полувагона приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Отказы боковой стены полувагона

Виды отказа	Неисправности боковой стены
1 Разрушение (излом) 2 Усталостное разрушение   3 Предельный износ элементов	Излом гнутого профиля Нарушение сварных швов и возникновение трещин в вертикальных стойках Износ верхней обвязки

Данная боковая стена является восстанавливаемой, т.к. ее работоспособное состояние подлежит восстановлению. Обнаружение неисправностей и восстановление работоспособного состояния боковой стены осуществляется при техническом обслуживании и ремонте вагона.

2 ПОСТРОЕНИЕ БЛОК-СХЕМЫ И РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ БОКОВОЙ СТЕНЫ 4-Х ОСНОГО ПОЛУВАГОНА

Деталями боковой стены являются:

- верхняя обвязка;

- нижняя обвязка;

- две угловые стойки;

- четыре промежуточные стойки;

- две шкворневые стойки.

Боковая стена представляет собой механическую систему, состоящую из 10 последовательно соединённых элементов.

Блок-схема надёжности боковой стены (рисунок 1) состоит из 10 последовательно соединённых элементов, так как элементы не являются взаимозаменяемыми.

Рисунок 1 – Блок-схема надёжности боковой стены полувагона

На основании приведённой блок-схемы (рисунок 1) с учётом последовательного соединения элементов расчёт надёжности будет производиться по формуле:

Р_С(t)= R_i(t), (1)

где Р_С(t) – надёжность боковой стены;

R_i(t) – надёжность i-го элемента;

n – количество элементов.

Для i-тых элементов:

R_в.обв – надёжность верхней обвязки;

R_{угл.ст..} – надёжности двух угловых стоек;

R_пр.ст. – надёжности четырех промежуточных стоек;

R_шкв.ст – надёжности двух шкворневых стоек;

R_н.обв. – надёжность нижней обвязки;

Ниже приведена формула для определения вероятности безотказной работы боковой стены 4-х осного полувагона:

Р_С(t)=R_в.обв*R_угл.ст.*R_угл.ст.*R_пр.ст.*R_пр.ст.*R_пр.ст.*R_пр.ст.*R_шкв.ст.*R_шкв.ст.*R_н.обв. (2)

3 Определение показателей надежности детали на стадии проектирования

3.1 Определение безотказности

Расчет сопротивления усталости производится по коэффициенту запаса по формуле:

,

где – предел выносливости (по амплитуде) натурной детали при симметричном цикле и установившемся режиме нагружения на базе испытаний N 0. Для корпусных несущих деталей вагонов база испытаний принимается, как правило, равной N 0 = 107 циклов, для осей и колес колесных пар – N 0 = 108 циклов;

– расчетная величина амплитуды динамического напряжения условного симметричного цикла, приведенная к базе N 0, эквивалентная по повреждающему действию реальному режиму эксплуатационных случайных напряжений за проектный срок службы детали;

[ n ] – допускаемый коэффициент запаса сопротивления усталости.

Предел выносливости натурной детали (узла, конструкции) можно определить экспериментально путем проведения ускоренных стендовых испытаний.

Тогда расчетное значение sa, N определяется по формуле:

,

где - среднее (медианное) значение предела выносливости натурной детали;

– квантиль распределения, соответствующий односторонней вероятности P; полагая, что – случайная величина, имеющая нормальный закон распределения, для основных несущих деталей вагонов рекомендуется принимать P = 0,95 и up = 1,645;

- коэффициент вариации предела выносливости.

Коэффициент вариации предела выносливости имеет следующее значение: 0,05.

Для предварительных расчетов допускается определять по формуле:

где - среднее (медианное) значение предела выносливости гладкого стандартного образца из материала детали (по ГОСТ 25.502–79) при симметричном цикле изгиба на базе N0 (предел выносливости допускается условно принимать равным 0,6 , =0,5*470=235);

- среднее значение общего коэффициента снижения предела выносливости данной натурной детали по отношению к пределу выносливости стандартного образца ( =4,5).

МПа.

Вероятность безотказной работы боковой стены вагона P(Tp) определяется для моделей постепенного отказа усталостного характера, когда число циклов за срок службы N0 > 10⁷÷10⁸, и вычисляется по формуле:

где Ф – функция Лапласа;

= 0,25 - коэффициент вариации амплитуд динамических эксплуатационных напряжений;

= 0,05 - коэффициент вариации предела выносливости;

- относительный коэффициент запаса, определяется по формуле:

,

где - предельный коэффициент нагруженности;

- предельный коэффициент нагруженности по средним значениям, определяется по формуле:

, (5)

где U_{р max} - максимальная расчетная квантиль распределения, U_{р max}= 5;

- среднее значение предела выносливости натурной детали;

- среднее значение амплитуды динамических напряжений.

По заданию необходимо определить безотказность боковой стены. Боковая стена выполнена из стали 10ХНДП ГОСТ 19281-73. Для этой марки стали =235 МПа, =470 МПа.

По расчету формул (3) и (4) и (5) получаем:

;

;

Вероятность безотказной работы боковой стены равна 0,986.

Оценка проектного срока службы детали по критерию усталостной долговечности при многоцикловом динамическом нагружении определяется по формуле:

С учетом разделения вагонов на расчетные части, которые делятся на отдельные детали. Параметр потока отказов определяется по формуле:

, (6)

где - средний параметр потока отказов i – ой расчетной части вагона;

- средний параметр потока отказов j – ого элемента i – ой расчетной части вагона.

С учётом разделения боковой стены на расчётные части, которые делятся на отдельные детали, параметр потока отказов определяется по формуле:

, (7)

где - средний параметр потока отказа верхней обвязки;

, - средний параметр потока отказов двух угловых стоек,

, , - средний параметр потока отказов четырех промежуточных стоек;

, - средний параметр потока отказов двух шкворневых стоек;

- средний параметр потока отказа нижней обвязки.

Получаем:

= + + + + + + + + + (8)

3.3 Определение ремонтопригодности

Показатели ремонтопригодности рассчитываются при проектировании исходя из состава регламентированных работ при техническом обслуживании и плановых ремонтах вагонов.

В зависимости от характера требований к показателям ремонтопригодности, установленных в техническом задании или в технических условиях, рассчитываются или суммарные оперативные трудозатраты на все виды технического обслуживания, текущего или деповского ремонтов за период капитального ремонта, или среднегодовые значения.

Суммарные оперативные трудоемкости технического обслуживания и деповского ремонта определяются по формулам:

, (9)

, (10)

где - длительность ремонтного цикла, в период капитального ремонта;

- длительность эксплуатации между техническим обслуживанием и деповским ремонтом соответственно;

- наименование i – той регламентированной работы при техническом обслуживании и деповском ремонте соответственно;

- трудозатраты i – той работы при техническом обслуживании и деповском ремонте соответственно;

- параметр потока отказов вагона по i – той неисправности, подлежащей устранению при техническом обслуживании;

- удельное число i – тых отказов, подлежащих устранению при деповском ремонте;

- количество наименований отказов, устраняемых в процессе технического обслуживания и деповского ремонта;

- трудозатраты устранения i – тых отказов, в том числе и плановых замен элементов, при техническом обслуживании и деповском ремонте соответственно.

Объединенная удельная оперативная трудоемкость (время, стоимость) ТО и ДР вычисляется по формуле:

W_оу = ;

где N_ТО – количество технических обслуживаний на протяжении ремонтного цикла;

N_ДР – количество деповских обслуживаний на протяжении ремонтного

цикла;

L_РЦ – длительность ремонтного цикла.

Дата добавления: 2015-10-21