11. Прангишвияи И.В., Ггряев П.П., Тертышный Г.Г.. Макси-менко В.В.. Мологин A.B., Летит Е.А., Мулдашев Э.Р. Спектроскопия радиоволновых излучений локализованных фотонов: выход на квантово-нелокальнме биоинформационные процессы // Датчики и Системы. 2000. .4:9.
12. Мулдашев Э.Р. Комбинированная транспла)ггация глаза. Министерство здравоохранения Российской Федерации, Всероссийский Центр Глазной и Пластической Хирургии. «Аллоплаит», 2(Х>0.
Ивери Варлаиович Прангишвили - доктор техн. наук, акад. АН Грузии, директор IffIУ РАН;
Петр Петрович Гаряев - доктор бит. наук, акад. Российской академии медико-технических наук (РАМТН). ст. научн. сотр. ИПУ РАН;
Георгий Георгиевич Терпшиный - канд. техн. наук, зав. сек-тораи ИПУ РАН;
Алексей Вячеславович Маюгин — аспирант fff/У РАН; Екатерина Александровна Леонова - инженер ИПУ РАН; Эрнст Рифгсвнович Мулдашев - доктор мед. наук, директор Всероссийского центра глазной и пластической хирургии глаза Министерства здравоохранения Российской Федерации. Я (095) 335-1Н-06, 253-21-70, 466-33-89; E-mail gariaev@aJia.ru
УДК 621.019.4
МОДЕЛИ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ ДАТЧИКОВ И ВЫХОДНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Н. Л. Шавмкнн, В. II. Петрухин
Рассмотрены основные положения методики оценки показателей безотказности технических средств систем управления (на примере некоторых видов датчиков) и исполнительных устройств (на примере электрических машин разных классов). Методика основана на расчете показателей интенсивности отказов - X с учетом влияния конструкции, режимов и условий работы. Приведен пример расчета.
Б любой системе управления тем или иным технологическим процессом можно всегда выделить три главных составляющих, а именно: устройства получения и первичной переработки информации о состоянии объекта и параметрах окружающей среды (к которым, в частности, относятся датчики), устройства переработки информации по заданным алгоритмам и программам и исполнительные устройства. Обеспечение заданною уровня надежности (в частности, безотказности) как для каждой из составляющих, так и для системы в целом является условием необходимым и для особо ответственных систем эти требования очень высоки. Не вдаваясь в дальнейшие подробности по выбору (назначению) показателей безотказности, отметим, что одним из важнейших этапов является предварительный расчет (оценка) этих показателей, базирующаяся на тех или иных методиках и справочных данных. От точности таких оценок во многом зависит принятие решения по способам обеспечения надежности и, как следствие, плата за эти решения.
Если для электронных и электромагнитных комплектующих, из которых в основном состоит центральная часть систем управления, методы и необходимая база для оценки показателей безотказности давно отработаны и хорошо известны [1],то для датчиков и исполнительных механизмов единого подхода к оценке показателей безот-
казности пока нет. Для датчиков это объясняется, с одной стороны, большим конструктивным разнообразием и меньшим объемом информации, с другой стороны. Поэтому оценивать безотказность датчиков в зависимости от их типономиналов можно одним из нижеприведенных способов.
1. «Поэлементно», т.е. датчик рассматривается как система и его интенсивность отказов Л определяется как сумма интенсивностей отказов отдельных деталей с учетом соответствующих поправочных коэффициентов.
2. По среднему значению 1 для данного класса датчиков и соответствующих поправочных коэффициентов.
3. По интенсивности отказов для данного типоиоми-нала датчика (если таковое известно).
Значения поправочных коэффициентов для деталей датчиков, классов датчиков и отдельных типономиналов приведены в методике [1).
В качестве примера рассмотрим базовые значения показателей безотказности Хй для некоторых деталей датчиков, типов датчиков и классов датчиков.
В табл. 1-7 приведены средние значения интенсивностей отказов для основных типов чувствительных элементов датчиков.
8
Sensors & Systems • №1, 2001
Таблица 1
Таблица б
Контакты датчиков
• ! Тип контакта V)06, 1/ч •
Контакт разрывной механических и пиевмо реле (материал - благородные мста.!лы) 0.1
Контакт скользящий (материал - б.та-городные металлы) 1.0
Контакт скользящий роликовый (благородные металлы) 0.1
Контакгная пара реохорд - щетка 1.5
Контактная пара ргуть - твердый металл 0.05
Таблица 2
Тензочувствительные элементы
Тип элемента V106, 1/ч
Тснзоэлементы фольговые, прямоугольные 5.0
Тснзоэлементы фольговые, мембранные 8.0
Тснзоэлементы кремниевые монокристалличсские 8.0
Тензоэлементы полупроводниковые напыленные 2.0
Таблица 3
Элементы Холла
Технология изготовления элемента Хо-106, 1/ч
Элементы прессованные 5.0
Элементы сплошные 8.0
Элементы напыленные 8.0
Таблица 4 Сн.тьфоны и трубчатые пружины
Тип элемента Хо-106, 1/ч
Сильфоны 2.0
Трубчатая пружина одновитковая 0.5
Трубчатая пружина винтовая 1.0
Трубчатая пружина S - образная бесшовная 2.0
Трубчатая пружина S - образная сварная 3.0
Трубчатая пружина прямая манометрическая 2.0
Таблица 5 Сердечники магнитоупругих датчиков
Тип сердечника Хо-106, 1/ч
Сердечники тороидальные 0.5
Сердечники прямоугольные 1.5
Крыльчатки датчиков расхода
Вид крыльчатки Ао-106,1/ч
Крыльчатка, закрепленная на двух опорах 12.0
Крыльчатка безопорная радиальная 9.0
Крыльчатка безопорная спиральная 7.5
Таблица 7 Мембраны
Тин мембраны Хс-106,1/ч
Мембрана мягкая резиновая 4.0
Мембрана мягкая полотняная 3.0
Мембрана гофрированная резиновая 4.0
Мембрана с гофром резиновая 4.0
Мембрана с юфром полотняная 2.0
Мембрана плоская с жестким центром 8.0
Мембрана плоская с гофром и жестким центром 6.0
Мембрана манжетная 4.0
Мембрана металлическая хлопающая 1.0
В качестве примера в табл. 8 приведены средние значения Х0 для некоторых серий датчиков температуры.
Таблица 8
Тип термоирсобразоватсля VI О6,1/ч
Тсрмопрсобразователн ТСМ и ТХЛ 7.0
Тсрмонреобразоватсли ТХК 10.0
Тсрмопрсобразователн 'ГСП 6.0
Терм о преобразователи ТГ1Г1 и ТГ1Р 20.0
В табл. 9 приведены средние значения Х0для некоторых серий датчиков давления типа «Сапфир», где ДЛ, ДИ, ДИВ, ДЦ - датчики давления.
Таблица 9
Серия Модель Хо-106, 1/ч
22 ДА 2020,2030, 2040...2060. 2061 7.0... 12.0
22 ДИ 2110...2171 7.0... 13.0
22 ДИВ 2310,2320...2350.2351 8.0...9.0
22 ДД - Ех 2410. 2420...2450,2451 9.0... 14.0
Датчики и Системы • №1, 2001
9
Более подробно показатели безотказности датчиков, чувствительных и других кон струю 1шнь1х элемент ов, а также поправочные коэффициенты, учитывающие особенности применения этих изделий, приведены в меюдиках [1,3].
Другим малоисследованным до настоящего времени является способ определения показателей безотказности исполнительных устройств систем управления. В качестве таковых наиболее распространены многообразные электрические аппараты и электрические машины различной мощности. Метен)расчета показателей надежности исполнительных устройств в настоящей работе рассматривается фактически впервые. В качестве примера оценим показатели безотказности электрических машин, которые наиболее часто используются в качестве исполни тельных устройств.
Сложность решения данной задачи в отличие от оценки показателей безотказности изделий электронной техники обьясняется существенно меньшим объемом информации о числе отказов электрических машин (ЭМ) и их причинах. Ныла предпринята попытка провести оценку безотказности ЭМ поэлементно. Этот метод позволяет как бы увеличить полученную информацию. Прежде он широко использовался при расчете показателен безотказности интегральных схем [1,2]. Однако, как выяснилось, при анализе информации, полученной при подконтрольной эксплуатации, этот метод в силу больших различий в конструкциях и условиях работы ЭМ дает большие ошибки. Поэтому пришлось прибегнуть к традиционному методу - сбора и обработки информации, относящейся к каждому классу ЭМ отдельно, и на данном основании создавать модели расчета и находить поправочные коэффициенты. В результате благодаря накопленной информации удалось разработать метод оценки показателей безотказности ЭМ широкого диапазона классов, мощности и т.д. Методика построена по тому же принципу, что расчет, предложенный в работах [1,2]. Такая форма Организации оправдала себя в течение многих лет применения и отличается удобством и простотой. Модели расчета для ЭМ имеют вид: А. - Х0а1 агсгА а5 для ЭМ в рабочем состоянии, А. ~ А.., а{ а1 аА д5 для ЭМ в нерабочем состоянии (режим хранения).
Расшифровка назначения коэффициентов а 1 приведена в табл. 10.
Таблица ¡0
Коэффициент а, определяют из соотношения а~ Ки К[} Кп Я"|$, где коэффициенты 1<ч отражают влияние различных внешних факторов на безотказность. Они перечислены в табл.11.
Таблица II
Факторы Коэффициенты
Удары К и
Вибрации Ки
Климат, помещение К и
Качество обслуживания Ки
Качество изготовления Кк
Коэффициент а2 определяют как произведение коэффициентов Я",.. Набор коэффициент ов индивидуален для каждого класса машин. Назначение коэффициентов приведено в табл. 12.
Таблица 12
Факторы, влияющие па безотказность Коэффициент
Условия работы, качество изготовления и обслуживания, степень защиты «I
Электрическая нагрузка, температура окружающей среды, способ пуска и торможения, число реверсов аг
Соотношение ннтенсивностей отказов при работе и хранении «3
Соотношение видов отказов (короткое замыкание/обрыв) «4
Диапазоны мощности, скорости вращения и рабочего напряжения
Класс ЭМ Коэффициент Фактор
ЭМ переменного тока (синхронные и асинхронные) К21 Температура *, ко-эффициен г нагрузки
Кп Длительность работы
Кп Способ пуска
Ки Способ торможения
К* Способ охлаждения
ЭМ постоянного тока всех видов возбуждения К» Температура коэффициент нагрузки
К» Длительность работы
Кгх Способ пуска
Кгд Способ торможения
К^ Способ охлаждения
Шаговые двигатели и сельсины Кг, Температура*, коэффициент нагрузки
К2 г Длительность работы
Кг* Способ охлаждения
Вращающиеся трансформаторы К» Температура *, коэффициент нагрузки
Кгг Длительность работы
Кг, Способ охлаждения
К>/,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.