Игумнов Н. П. Типовые элементы и устройства систем автоматического управления (стр. 32 из 33)
 |
Рисунок 10.3 - Зависимость интенсивности отказов углеродистых резисторовот температуры окружающей среды и коэффициента нагрузки
Исходные данные для проведения расчетов надежности получают из принципиальной электрической схемы устройства, с помощью которой определяют типы применяемых элементов и количество элементов каждого типа.
10.2.2 Методы расчета по среднегрупповым значениям интенсивностей отказов
Надежность рассчитывается следующим образом:
1) по принципиальной схеме системы управления (устройства) определяют тип применяемых элементов (резисторы, конденсаторы, реле, двигатели, транзисторы, диоды и т.д.), а также виды соединений (пайки, штепсельные разъемы и т.п.);
2) определяют количество элементов каждого типа и количество соединений;
3) по справочникам устанавливают интенсивность отказов элементов и соединений (как правило, в справочниках указаны максимальные и минимальные значения интенсивностей отказов);
4) учитывают влияние электрических нагрузок и окружающей среды;
5) определяют вероятность P(t) и среднее время Тср безотказной работы.
Пример. Определить вероятность P(t) и среднее время Тср безотказной работы устройства, применяемого в производственном помещении, без учета влияния электрических нагрузок и температуры окружающей среды.
По принципиальной схеме определяем типы применяемых элементов (r – число типов элементов) и количество элементов каждого типа (Ni). Исходные данные результаты расчета целесообразно оформить в виде таблицы.
Таблица 10.1 – Расчет надежности
| Элемент | N1 | λi,,10-4 ч-1 | Niλi,10-4 ч-1 | ||
| λi min | λi max | Niλi min | Niλi max | ||
| Транзистор | 10 | 0,4 | 0,5 | 4 | 5 |
| Резистор | 40 | 0,02 | 0,04 | 0,8 | 1,6 |
| Конденсатор | 40 | 0,02 | 0,04 | 0,8 | 1,6 |
| Интегральная схема | 10 | 0,1 | 1 | 1 | 10 |
| Пайка | 300 | 0,001 | - | 0,3 | - |
Для производственных помещений k = 2,5
Интенсивность отказов с учетом категорий помещений:
Среднее время безотказной работы:
Время безотказной работы рассчитывается по следующим формулам:
; 
,где t – необходимое время эксплуатации устройства.
10.2./ Коэффициентный метод расчета надежности
При коэффициентном методе расчета надежности не абсолютные значения λi интенсивностей отказов элементов, а их коэффициенты надежности Ki, определяемые по соотношению
где λб – интенсивность отказов базового элемента. За базовый принимается элемент, количественные характеристики надежности которого известны достоверно. Обычно в качестве базового элемента выбираются резисторы, конденсаторы.
Так как предполагается, что интенсивности отказов элементов всех типов меняются при изменении условий эксплуатации в одинаковой степени, то значение коэффициента надежности практически одно и то же в различных эксплуатационных условиях. Режимы работы и условия окружающей среды учитываются поправочными коэффициентами, как и в предыдущем методе.
Так как предполагается, что интенсивности отказов элементов всех типов меняются при изменении условий эксплуатации в одинаковой степени, то значение коэффициента надежности практически одно и то же в различных эксплуатационных условиях. Режимы работы и условия окружающей среды учитываются поправочными коэффициентами, как и в предыдущем методе.
Показатели надежности рассчитываются следующим образом:
В таблице 10.2 приведены значения коэффициентов надежности отдельных элементов.
Таблица 10.2 – Значения коэффициентов надежности
| Элемент | Ki min | Ki max |
| Полупроводниковый триод | 2,5 | 4,0 |
| Полупроводниковый диод | 1 | 2,5 |
| Реле | 3,3 | 5,5 |
| Электродвигатель | 17 | 22 |
| Разъем | 10,7 | 15,3 |
Коэффициентный метод расчета надежности прост и не требует знания значений интенсивностей отказов элементов, входящих в систему. Достаточно иметь сведения о коэффициентах надежности элементов и знать значение интенсивности отказов только одного базового элемента. Рассмотрим случаи, когда это обстоятельство является определяющим.
Как правило, в каждом литературном источнике представлены интенсивности отказов не всех элементов, входящих в сложную систему. Поэтому приходится использовать различные источники. Анализ показывает, что интенсивности отказов одних и тех же элементов в разных источниках могут различаться на один-два порядка. Это объясняется тем, что авторы приводят значения интенсивностей отказов элементов для различных режимов и условий эксплуатации, которые существенно влияют на λi. Применение коэффициентов надежности устраняет данный недостаток. Проверка показала, что значения коэффициентов надежности элементов, приведенные в различных источниках, практически одни и те же, если в качестве λб в каждом случае использовать интенсивность отказов базового элемента, указанную в том же источнике.
Наиболее целесообразно применение этого метода при сравнении надежности различных систем. Сравнение производится чаще по среднему времени безотказной работы:
где индексы «1» и «2» обозначают номера сравниваемых систем.
Из последнего выражения видно, что для сравнения систем по надежности необходимо знать элементный состав систем и коэффициенты надежности элементов. При этом не нужно количественные характеристики надежности элементов, в том числе базового.
10.3 Обеспечение надежности введением внутриэлементной и структурной избыточности
Повысить надежность системы можно применением внутриэлесентной и структурной избыточности. Используются следующие способы введения внутриэлементной избыточности: снижение коэффициентов электрических нагрузок; применение элементов с более высокими показателями надежности) облегчение условий работы элементов.
Снижение коэффициента электрической нагрузки может быть догтигнуто заменой данного элемента функционально подобным, но с бóльшей номинальной мощностью).
Облегчение условий работы элементов в местах их установки достигается за счет лучшей компоновки элементов в блоках, создания лучших условий для отвода теплоты с помощью вентиляционных отверстий, принудительного охлаждения и т.д.
Структурная избыточность – это резервирование с применением дополнительных элементов структуры системы. Резервирование позволяет создавать надежные системы (устройства) из недостаточно надежных элементов. Но при этом усложняется схема, увеличиваются масса, габариты, стоимость устройства, время отыскания повреждения, затрудняется эксплуатационное обслуживание. Поэтому к резервированию прибегают, когда не удается обеспечить требуемую надежность другими методами.
Контрольные вопросы:
1. Что такое надежность, работоспособность, безотказность, долговечность, отказ?
2. Какие бывают отказы?
3. Поясните количественные характеристики надежности.