Технические науки/4. Транспорт

Сидоров О. А., Свешников В. В., Сосновский С. Ю.

Омский государственный университет путей сообщения, Россия

Расчет надежности токоприемника скоростного электроподвижного состава

Надежность является одним из самых важных показателей деталей и устройств современной техники. От нее зависят такие характеристики, как качество, эффективность, безотказность, риск, готовность, живучесть. Техника может быть эффективной только при условии, если она имеет надежность.

Расчет надежности токоприемника, разрабатываемого в ОмГУПСе в рамках проекта «Разработка и организация высокотехнологичного производства нового магистрального токоприемника для применения на линиях с модернизированной инфраструктурой системы токосъема» (договор № 13.G25.31.0034 от «07» сентября 2010 г.) реализуемого при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, проводится с целью определения показателей надежности токоприемника.

В рамках проекта поставлена задача по определению среднего времени наработки на отказ и выявлению элементов, имеющих наименьшее время наработки на отказ.

Расчет надежности проектируемого токоприемника ведется методом структурных схем. С точки зрения теории надежности токоприемник следует рассматривать как систему, состоящую из последовательно и параллельно соединенных простых элементов, совместное воздействие которых обеспечивает оптимальные условия токосъема.

(1)
 
Формула для расчета вероятности безотказной работы системы представляет собой произведение всех вероятностей безотказной работы узлов и деталей, входящих в состав системы. Общая формула для расчета надежности токоприемника:

 

где    t – расчетное время, t = 8760 ч. Время t выбрано исходя из методики расчета [1];

Pтк(t) – вероятность безотказной работы токоприемника;

         Pкар(t) – вероятность безотказной работы подсистемы «каретка»;

Pспр(t) – вероятность безотказной работы подсистемы «система подвижных рам»;

Pпом(t) – вероятность безотказной работы подсистемы «подъемно-опускающий механизм»,

Pосн(t) – вероятность безотказной работы подсистемы «основание»;

Pизол(t) – вероятность безотказной работы изолятора;

Pу.у(t) – вероятность безотказной работы подсистемы «система автоматического регулирования»

Pсар(t) – вероятность безотказной работы подсистемы «система автоматического регулирования».

Упрощенная структурная схема для токоприемника представлена на рис 1.

Рис 1. Упрощенная структурная схема токоприемника

После составления упрощенной структурной схемы проектируемого токоприемника составляется подробная схема каждой подсистемы и определяется её вероятность безотказной работы. Интенсивности отказов λi для всех элементов могут быть найдены в справочной литературе [2, 3].

Данные о вероятностях безотказной работы и времени наработки на отказ для каждого элемента, полученные в ходе расчета, приведены в табл. 1.

 

Табл. 1. Рассчитанные параметры элементов токоприемника

Элемент

Вероятность безотказной работы, P

Время наработки на отказ, ч

1

2

3

Вставка

0,97049533

900900

Накладка

0,999973019

109

Каркас

0,999325707

4∙107

Шунт

0,942369566

454454

Вал

0,999460529

5∙107

Подшипник

0,976668293

1142857

РКЭ

0,784407047

111111

Демпфер

0,999190903

33333333

Изолятор

0,998651869

2∙107

Основание

0,999865105

2∙108

Рычаг

0,999892082

250∙106

Пружина

0,999676282

83333333

Корпус

0,999865105

2∙108

Цепная передача

0,999993301

459770

Воздушный фильтр

0,994618373

5∙106

Пневморегулятор

0,944915588

476190

Электропневматический клапан

0,976009733

1111111

Пневматический

дроссель

0,978646641

1,25∙106

Продолжение табл. 1

1

3

4

Датчик скорости

0,989265708

2,5∙106

Датчик искрения

0,997305556

1∙107

Блок управления

0,978646641

1,25∙106

 

Согласно таблице, элементами, обладающими наименьшей надежностью, являются резинокордный элемент, цепная передача и пневморегулятор. При эксплуатации токоприемника этим элементам следует уделять повышенное внимание.

Так же из расчета получено время средней наработки на отказ. Для проектируемого токоприемника оно составляет 10000 ч при вероятности безотказной работы токоприемника 90%.

По данным расчета построена функция, отражающая зависимость вероятности безотказной работы токоприемника от времени его работы (Рис. 2).

Рис. 2. Функция надежности токоприемника

 

Приведенная методика реализована при разработке и испытаниях опытного образца токоприемника в Омском государственном университете путей сообщения.

Литература:

1. Основы теории надежности / А. М. Половко, С. В. Гуров. – 2-е издание – СПб.: БХВ-Петербург, 2008. – 704 с.

2. Основы теории надежности. Практикум – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 560 с.

3. Сборник задач по теории надежности / под редакцией А. М. Половко, И. М. Маликова. – М., 1972. – 345 с.