IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В настоящее время, проблема обеспечения надёжности и безопасности любой системы стоит в приоритете при её проектировании, производстве и эксплуатации. Однако, длительное время, это носило субъективный характер и зависела от опыта инженера. Первые работы, посвящённые методам расчёта надёжности как вероятностной прочности конструкции, появились в 20-х годах ХХ века и были написаны Н. Ф. Хоциаловым и М. Майером. В 30-х годах ХХ века были опубликованы первые отечественные научные работы, посвященные надежности энергетических систем. [1] Данные работы носили теоретический характер исследования и не нашли применения в практике.

Практическую значимость теория надежности технических систем начала приобретать с конца 30-х и середины 40-х годов ХХ века в работах Стрелецкого Н.С., Ржаницына А.Р. и Шора Я.Б. [2].

Развитие направления надежности можно разделить на три этапа: 50-е годы – становление направления; 60-е годы – этап классической теории надежности; с 70-ч годов по настоящее время – этап системных методов надежности. [3]

Согласно ГОСТ ISO 9000-2011 надёжность (dependability): Собирательный термин, применяемый для описания свойства готовности и влияющих на него свойств безотказности, ремонтопригодности и обеспеченности технического обслуживания и ремонта. [4]

Термин «надёжность» (dependability) был введён в 1980г. Жан-Клодом Лапри (JeanClaude Laprie) для того, чтобы разгрузить ранее широко используемый, и поэтому явно перегруженный в смысловом содержании, термин «reliability».

На семинаре по вопросам надёжности технического комитета TC56 МЭК (Лондон,2006г.) отмечалось, что термин «надёжность» имеет такое же свойство «зонтика», какое имеет термин «качество». И, если под широким зонтиком «Качество» расположился зонтик «Надёжность», то понятие «Риск» заняло место и под зонтиком «Надёжность», и под зонтиком «Качество» (рисунок 1) [5].

Рис. 1. Соотношение свойств «Качество», «Надёжность» и «Риск»

В России согласно ГОСТ 27.002-89 существуют понятия безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. [6]

Свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки называется безотказностью.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта, называется отказом.

Отказ системы или её части, чаще всего приводит к непредсказуемым последствиям, которые напрямую влияют на безопасность. Поэтому, долгое время, в теории безопасности, в основном, проводили анализ максимальной проектной аварии при эксплуатации, игнорируя вероятностную природу инцидентов, обусловленных наложением маловероятных факторов. [7,8]

С появлением теории вероятностной природы аварий произошел переход к концепции приемлемого риска. При этом нормативное значение риска является производным от уровня развития экономики страны. [9,10] Поэтому, по мере развития экономики страны происходит повышение требований к безопасности, безотказности и, соответственно, к надежности технических систем.

Самый очевидный метод обеспечения безотказности – это резервирование. При резервировании элементы в системе соединяются параллельно, а при отсутствии резервирования – последовательно.

Формула для расчёта вероятности безотказной работы системы Pc(t), состоящей из n последовательно соединённых элементов имеет вид:

где Pi(t) – вероятность безотказной работы i-го элемента.

При параллельном соединении двух элементов вероятность безотказной работы системы имеет вид [11]:

Так как автомобиль, чаще всего, является системой без резервирования, необходимо обеспечивать безотказность каждого элемента, входящего в него, для обеспечения работоспособности всей системы в целом, то есть самого автомобиля.

В настоящее время, вопросам обеспечения безотказности и работоспособности автотранспортных средств посвящено многочисленные научные разработки во всём мире.

За последние 20 лет в отечественной и мировой исследовательской практике наблюдается переход от макрообъектов к микрообъектам, при изучении проблем надежности вплоть до узла, агрегата или даже соединения.

Вопросам обеспечения надежности (безотказности) работы ДВС посвящены труды: Романова Д.В. [12], Иванова И.Г. [13], Пурэвжава Лундэндоржийна [14],Чикунова Ю.М. [15], Текушева А.Х. [16]. В данных работах проведены исследования по увеличению безотказности автомобильных двигателей совершенствованием сопряжений трущихся поверхностей, улучшения сборки с последующей приработкой и обкатки.

Корчажкин М.Г. [17] провел исследование работы двигателей, постоянно работающих в условиях высоких тепловых нагрузок, и предложил различные решения для повышения их безотказности и долговечности, в частности, повышение эффективности системы охлаждения, путем увеличения частоты вращения вентилятора, и рационализацией периодичности ТО.

Работа Кочережко М.А. [18] посвящена повышению эффективности (безотказности) использования газодизельных автомобилей (ГДА) путем совершенствования системы профилактики топливной аппаратуры (ТА). В этой диссертации рассматривается совместная разработка режимов ТО и систем диагностирования с учетом конструктивных, функциональных и надежностных свойств ТА и специфических требований, предъявляемых к эксплуатации ГДА.

Важными элементами автотранспортных средств, отказ которых может привести к аварии, т.е. превышению допустимого риска, являются рулевое управление и тормозная система. Эти две системы являются элементам активной безопасности автомобиля, поэтому к ним предъявляются крайне высокие требования.

В диссертациях Мырочкина А.В. [19] и Разговорова К.И. [20] рассматриваются проблемы повышения безотказности передней подвески и рулевого управления путем разработки углубленной системы контроля технического состояния и предупредительного ремонта.

Вопросам повышения надежности тормозной системы посвящены работы Уманова Джурбая [21], исследовавшего отказоустойчивость тормозной системы автобусов с пнвмогидравлическим приводом в условиях жаркого климата, и Могомедова В.К. [22], в которой особое внимание уделяется отказам колес с тормозными устройствами и пневмопривода тормозов прицепа, а также высокой вероятности тяжелых последствий в случае выхода их из строя.

Важным элементом современного автомобиля является бортовая компьютерная система. Развитие полупроводниковой промышленности позволило значительно расширить интеграцию электронного оборудования с различными системами автомобиля, что позволило добиться значительного роста показателей безотказности автомобиля в целом. Например, в диссертации Ревякина М.М. [23] описывается система эксплуатационной самодиагностики грузовых автомобилей, обеспечивающей мониторинг его систем и предупреждающей возникновение отказов различных групп сложности. Проблема надежности самой бортовой компьютерной системы поднимается в работе Дахира Разака [24], которым разработаны теоретические принципы и методики определения периодичности диагностики БКС, определены показатели надежности элементов БКС с использованием современных средств диагностики. Помимо этого, автором была выполнена разработка нормативно-технологической базы по использованию компьютерных средств диагностики в процессе ТО и ремонта автомобилей.

Одним из главных элементов любого транспорта является несущая конструкция. На ней устанавливаются и крепятся все остальные элементы автомобиля, поэтому ее работоспособность в первую очередь влияет на все узлы и агрегаты по отдельности, а не только на всю систему в целом.

Вопросам работоспособности транспортных средств путем уточнения метода расчета несущих конструкций при их проектировании и ремонте посвящена работа Токаревой М.А. [25]. Автором предложена уточненная методика расчета на прочность, учитывающая геометрическую конфигурацию плоского элемента.

В работе Рассохи В.И. [26] выполнены исследования зависимости компонент напряжений в условиях сложного нагружения для типовых тонкостенных профилей, разработан метод расчетного обоснования параметров силового нагружателя установки для испытаний локальных моделей на усталость. Все эти наработки позволяют определить надежность несущих конструкций автомобиля.

Повышение эффективности и безопасности эксплуатации автомобилей так или иначе направлены на повышение работоспособности и безотказности или снижения последствий отказа того или иного компонента системы.

В диссертационной работе Певнева Н.Г. [27] разработаны расчетно-аналитические методы определения детонационной стойкости смесей сжиженного нефтяного газа по условиям аддитивности, а также методы оценки интенсивности детонации при исследовании детонационной стойкости высокооктановых топлив по октановой шкале, с целью совершенствования процесса эксплуатации газобаллонных автомобилей с двухтопливной системой питания. Также повышению эффективности эксплуатации газобаллонных автомобилей посвящена работа Левашова М.Г. [28], в которой он предложил схему двухтопливной комбинированной системы впрыска бензина и газа ДВС ГБО, позволяющую обеспечить работоспособность бензиновых ЭМФ.

Вопросам повышения эффективности функционирования систем активной безопасности автомобиля, в частности рулевого управления и тормозной системы, посвящены работы Русакова В.З. [29], в которой разработаны теоретические основы курсового движения АТС с учетом нелинейностей, вызванных люфтом рулевого колеса и временем реакции (запаздывания) автомобиля на управляющее воздействие, Сливинского Е.В. [30], где автор предлагает принципиально новые технические решения, обеспечивающих повышение качества, эксплуатационной надежности и управляемости прицепных транспортных средств, Аракеляна И.С. [31], который установил, что наибольшую эффективность тормозные механизмы проявляют при температуре 350…500 ̊ С и при наличии у тормозных накладок стабильного коэффициента трения, Халезова В.П. [32], в диссертации которого проведен анализ основных факторов влияющих на точность определения технического состояния тормозной системы дорожным методом, Саламеха С.А. [33], который установил, что для снижения вероятности явления самоповорота управляемых колес при торможении на автомобилях, оборудованных АБС, необходимо обеспечить достаточную жесткость рулевого привода для снижения вероятности резонанса при торможении, Сухова А.А. [34], в работе которого установлено, что на коэффициент сцепления влияют микрогеометрия поверхности дорожного покрытия и скорость передвижения автомобиля

Рассмотренные в этом разделе работы показывают, что вопрос повышения безопасности и отказоустойчивости остается достаточно актуальной проблемой, которой уделяется высокое внимание

Литература

1) Куренков, В. И. Методы обеспечения надёжности и экспериментальная отработка ракетно-космической техники [Электронный ресурс]: электрон. учеб. пособие / В. И. Куренков, В. А. Капитонов; Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т). - Электрон. текстовые и граф. дан. (3.10 Мбайт). - Самара, 2012. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

2) Шор, Я. Б. Статистические методы анализа и контроля качества надёжности / Я. Б. Шор. - М.: Советское радио, 1962

3) Безопасность и надёжность технических систем / Л.Н. Алексаноровна, И.З. Аронов, В.И. Круглов и др.: Учеб. Пособие. – М.: Университетская книга, Логос, 2008. – 376 с.: ил. (Новая университетская библиотека)

4) ГОСТ ISO 9000-2011. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь.

5) Струков А.В., Анализ международных и российских стандартов в области надежности, риска и безопасности. 2015г. 21с.

6) ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

7) Рябинин И.А. Концепция логико-вероятностной теории безопасности технических систем // Надежность, живучесть и безопасность технических систем. СПб.: ЛДНТП, 1992.

8) Хенли Э.Дж., Кумамото Х. Надежность технических систем и оценка риска: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1984

9) Аронов И.З. Современные проблемы безопасности технических систем и анализа риска // Стандарты и качество, 1998. №3.

10) Быков А.А., Мурзин Н.В. Проблемы анализа безопасности, человека, общества. СПб., 1997.

11) Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. М.: Мир, 1984. 318с

12) Романов Д.В. Методика повышения эксплуатационной надежности триботехнических сопряжений двигателей автомобилей на этапе приработки: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Романов Дмитрий Валерьевич; - Санкт-Петербург, 2013. - 19 с.

13) Иванов И.Г. Повышение надёжности автомобильных двигателей путём контроля герметичности манжетных уплотнений коленчатого вала при капитальном ремонте: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Иванов Иван Геннадьевич - Волгоград, 2011. - 16 с.

14) Пурэвжав, Лундэндоржийн. Выбор и оптимизация методов сборки двигателей ЗМЗ-24 при капитальном ремонте с целью улучшения качества: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10. - Москва, 1991. - 25 c.

15) Чикунов Ю.М. Энергосберегающая система стендов для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания при ремонте: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10. - Москва, 2000. - 22 c

16) Текушев А.Х. Ускоренные испытания автотракторных двигателей на послеремонтный ресурс с целью сертификации: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10. - Москва, 2000. - 19 c.

17) Корчажкин М.Г. Повышение эксплуатационной надежности двигателей городских автобусов, работающих на режимах высоких тепловых нагрузок: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Владимир. гос. ун-т. - Владимир, 2005. - 20 с.

18) Кочережко, М.А. Проектирование системы профилактики топливной аппаратуры газодизельных автомобилей: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10. - Москва, 1991. - 22 c.

19) Мырочкин А.В. Разработка системы обеспечения работоспособности передней подвески и рулевого управления автотранспортных средств в эксплуатации: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Мырочкин Алексей Владимирович; [Место защиты: Владимир. гос. ун-т]. - Владимир, 2010. - 20 с.

20) Разговоров К.И. Разработка оптимальной системы поддержания автомобилей в работоспособном состоянии: На примере передней подвески и рулевого привода переднеприводных автомобилей семейства ВАЗ: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Владимир. гос. ун-т. - Владимир, 2003. - 16 с.

21) Усманов Джурбай, Повышение надежности тормозной системы автобусов с пневмогидравлическим приводом в условиях жаркого климата: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10. - Ташкент, 1997. - 22 c.

22) Могомедов В.К. Прогнозирование и систематизация отказов прицепных звеньев магистральных автопоездов в горных условиях: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Магомедов Варис Камалудинович; [Место защиты: Волгогр. гос. техн. ун-т]. - Волгоград, 2012. - 16 с.

23) Ревякин М.М. Повышение надежности грузовых автомобилей путем применения системы эксплуатационной самодиагностики: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Ревякин Максим Михайлович; [Место защиты: Гос. ун-т - учебно-научно-произв. комплекс]. - Орел, 2012. - 19 с.

24) Дахир Разак. Обеспечение эксплуатационной надежности бортовых компьютерных систем легковых автомобилей: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10. - Москва, 1999. - 17 с.

25) Токарева М.А. Обеспечение работоспособности транспортных средств путем уточнения метода расчета несущих конструкций при их проектировании и ремонте : автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10. - Оренбург, 1998. - 18 c.

26) Рассоха В.И. Расчетно-экспериментальная методика стендовых испытаний на усталость рамных металлоконструкций транспортных средств: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Оренбургский гос. ун-т. - Оренбург, 1996. - 16 с.

27) Певнев, Н.Г. Совершенствование процесса эксплуатации газобаллонных автомобилей с двухтопливной системой питания: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.22.10 / Оренбург. гос. ун-т. - Оренбург, 2004. - 34 с.

28) Левашов, М.Г. Повышение эффективности эксплуатации газобаллонных автомобилей путем применения комбинированной системы впрыска: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Левашов Михаил Григорьевич; [Место защиты: Оренбург. гос. ун-т]. - Оренбург, 2007. - 18 с.

29) Русаков. В.З. Безопасность автотранспортных средств в эксплуатации: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.22.10 / Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т (техн. ун-т). - Москва, 2005. - 36 с.

30) Сливинский Е.В. Улучшение эксплуатационных характеристик прицепных автотранспортных средств на основе эффективных научно-технических решений: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.22.10 / Сливинский Евгений Васильевич; [Место защиты: Орлов. гос. техн. ун-т]. - Орел, 2010. - 39 с.

31) Аракелян И.С. Повышение тормозных свойств спортивных автомобилей с учетом условий эксплуатации: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Владимир. гос. ун-т. - Владимир, 2004. - 21 с.

32) Халезов В.П. Повышение информативности дорожного метода диагностики тормозных систем автотранспортных средств в условиях эксплуатации: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Халезов Владимир Павлович; [Место защиты: Иркут. нац. исслед. техн. ун-т]. - Иркутск, 2015. - 20 с.

33) Саламех, С.А. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на самоповорот управляемых колес автомобиля в режиме торможения: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Волгоград. техн. ун-т. - Волгоград, 1996. - 15 с.

34) Сухов А.А. Совершенствование методов исследования безопасности движения с учетом вариативности коэффициента сцепления макрошероховатых дорожных покрытий: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.22.10 / Сухов Алексей Алексеевич; [Место защиты: Волгогр. гос. техн. ун-т]. - Волгоград, 2014. - 20 с.

Код для цитирования: Скопировать