автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Статистическое оценивание и прогнозирование надежности грузовых вагонов и их составных частей по цензурированным выборкам

Министерство путей сообщения СССР

Омский институт инженеров железнодорожного транспорта

На правах рукописи

АБАШЕВ Фирдавис Хиялиевич

УДК 629.463.55-192

СТАТИСТИЧЕСКОЕ ОЦЕНИВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАДНШОСТИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ И ИХ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ПО ЦЕНЗУРИРОВАНИИ»« ВЫБОРКАМ (НА ПРИМЕРЕ ПОЛУВАГОНОВ)

С5.22.07 - Подкидной состав железных дорог и

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученое степени кандидата технических наух

тяга поездов

ОМСК 1990

Работа выполнена в Окском институте инженеров железнодорожного транспорта и Уральском электромеханическом институте инженеров железнодорожного транспорта Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор ЛУКИН Виктор Васильевич Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент ИВАШОВ Вячеслав Андреевич Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор ПРИХОДЬКО Арсений Павлови™ кандидат технических наук, доцент .СКОВОРОДНИКОВ Евгений Иванович Эедуцее предприятие . - Производственное объединение

"Уралвагонзавод" им. Ф.Э.Дзержинского

Защита состоится " !3 " ОЛШШ 1990 г. в 3 часов ва заседании специализированного совета Д 114.06.01 при Омском институте инженеров железнодорожного транспорта по адресу: 644010, г.Омск. пр.Маркса, 35

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв ва автореферат в двух экземплярах, заверенный печатав, просим направлять по адресу Совета института.

Автореферат разослан " 6? 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук,

профессор (О -В.К.ОКИШЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В числе основных задач, поставленных перед железнодорожным транспортом "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года" важное место занимает даль-нейвее увеличение пропускной и провозной способности дорог. Одним из путей решения этой задачи, наряду с повышением интенсивности использования вагонного парка, увеличением веса и длины грузовых поездов является "... существенное сокращение сроков создания и освоения новой техники, ... расширение автоматизации проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ с применением электронно-вычислительной техники, ... повышение надежности и ресурса работы техники". В этих условиях важнейшей научно-технической проблемой, стоящей перед работниками и учеными железнодорожного транспорта и вагоностроительной промышленности, является совершенствование и ускоренное обновление подвижного состава более надежными и экономичными вагонами новых серий.

Успешное решение указанной проблемы возможно на основе широкого внедрения достижений науки в производство, в частности, достижений в области теории надежности.

Одним из ответственных этапов комплексной программы обеспечения надежности является этап эксплуатационных испытаний (наблюдений), проводимых для оценки уровня надежности элемента вагона, анализа динамики его изменения в процессе серийного производства и эксплуатации, а также для сравнения уровня

надежности элемента с нормируемыми показателями надежности.

Б машиностроении система сбора и обработки информации о надежности регламентируется комплексом Государственных стандартов и руководящих нормативных документов. Однако специфика эксплуатации, технического обслуживания и ремонта вагонов обусловливает особенности исходной эксплуатационной информации о надежности. Эти данные имеят сложнуа структуру и содержат два типа случайных величин (наработок), составлявших выборку: наработки отказавших и наработки работоспособных на момент обследования злементов.

Отличие данных об отказах элементов вагонов в эксплуатации от классических выборок, рассматриваемых в теории надежности, затрудняет использование разработанных ранее методов оценки показателей надежности и предполагает проведение дополнительных исследований. Требует дополнительного исследования также методы оценки показателей надежности высоконадежных элементов вагонов по малому числу отказов в рядовой эксплуатации и в опытном поезде. Поэтому исследования и разработки. выполненные в рамках реферируемой работы, является важными и актуальными.

Цель и задачи исследования. Цельо работы является обоснование использования и уточнение методов, разработанных в смежных отраслях машиностроения для оценки показателей надежности по данным об отказах в.эксплуатации, и позволяющих по- • лучать более точные оценки; реализация методов в виде алгоритмов и программ (на примере полувагона, как наиболее используемого) .

Для достижения указанной цели решались следующие задачи: - анализ различных схем накопления исходных данных о надежности элементов полувагонов и представление их в виде раз-

личных случаев цензурированкых выборок;

- вывод формул для расчета числа цензурированных и отказавших элементов цензурирований выборки по исходным данный для различных способов накопления исходных данных:

- уточнение методов оценки показателей надежности по цензурированиям выборкам с учетом сгруппированности исходных данных;

- разработка алгоритмов и программ оценки показателей ^надежности, пригодных для наиболее распространенных способов

накопления исходных данных о надежности элементов полувагонов;

- сравнение точности оценок, полученных различными методами;

- числовая апробация разработанных методов, алгоритмов и программ оценки показателей надежности на реальных данных об отказах в эксплуатации.

Методика исследования. При теоретическом исследовании сформулированных задач использовались методы теории вероятностей, математической теории надежности, теории порядковых статистик, численных методов нелинейной оптимизации. При экспериментальных исследованиях проводился сбор и обобщение данных об отказах следулцими методами: разовых обследований технического состояния узлов полувагонов по специально разработанным картам и заданиям; комиссионных осмотров технического состояния узлов полувагонов, эксплуатирупшихся в опытных поездах; супествупцих форм регистрации информации о техническом состоянии находявихся в обезличенной эксплуатации вагонов.

Оценка эксплуатационной надежности, параметров законов распределений и расчет результирупдих показателей надежности проводился с применением ЭВМ.

Научная новизна состоит в слодупвЕм:

- проведена классификация данных од отказах элементов полувагонов в эксплуатации на основе представления их в виде различных случаев цокзурнрованкых выборок;

- получеки формулы для расчета числа цекэурированных и отказавших элементов в цензурированиях выборках через исходные данные;

- теоретически подтверядена возможность использования традиционного метода оценки вероятности безотказной работы элементов полувагонов по данным об отказах в эксплуатации ( через интенсивность отказов при больших объемах выборок;

- получена формула для расчета потребного числа запасных деталей вагонов, ремонтируемых заменой.

В диссертации проведен численный эксперимент по анализу геометрических свойств целевых функций для методов максимального правдоподобия и наименьпих квадратов. Результаты отсга эксперимента кясят самостоятельное прикладное и теоретическое значение к позволили, в частности, уточнить алгоритм минимизации функции правдоподобия для цензурированием выборки.

Практическая ценность» Разработаны алгоритмы и программы оценки показателей надежности елементов голувагонов как по данник об отказах в рядовой эксплуатации, так и в опытном поезде.

Выполнено исследование технического состояния к эксплуатационной надежности колесной пары по прокату колеса, над-рессораой балки телекки ЦНИИ-ХЗ, екворневого узла полувагона модели 12-532• Определены законы распределений времени безотказной работы атих алементов.

Методы, алгоритмы и программы оценки показателей надежности. и расчета результирующих показателей внедрены в ПО "Уральагонэавод" мм. Ф.З«Дзержинского.

Результаты исследования используптся в ВШИ вагоностроения пра подготовке РТМ "Показатели надежности грузовых магистральных вагонов" (взамен действувиего РТМ 24.050.44-81) при обосновании и разработке приложений по методикам оценки и контроля нормированных показателей надежности.

Апробация работ*;. Диссертационная работа и ее отдельные разделы дэкладывалипь на Всесоозной конференции "Проблемы механики яелезнодорояного транспорта" (Днепропетровск, ДИИТ, рр84 г.); на научно-технических конференциях ХабИЮТа (Хабаровск, 1582 г.), УОМИИТа (Свердловск, 1985, 1966 гг.); на научном семинаре кафедры "Вагоны и вагонное хозяйство" МИйТа (Москва, 1984 г.), УЭМИКТа (Свердловск, 1982, 1983, 1985, 1988 гг.); на совете механического факультета УЭМИИТа (Свердловск, 1986, 1989 гг.); на расширенном заседании семинара кафедр ОмИИТа (Омск, 1925 г.); на Всесоюзной конференция "Эксплуатационная надежность чаиик, роботов и модулей ГПС (Свердловск, УФМАИ АН СССР, 1987 г.); на НТС ВНИИ вагоностроения (Москва, 1988 г.).

Публикации. Основные материалы исследований опубликованы в'8 статьях и содержатся в 3 отчетах по научно-исследовательским работам.

Структура и объм работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов. Объем работы составляет 152 страницы мапиноспнсного текста, включая 106 страниц основного текства, ?2 рисунка. Библиография содержит 140 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности выбранное теми исследования и сформулированы основные этапы исследования.

Первая глава посвящена анализу существувдих методов оценки показателей надежности элементов полувагонов по данным об отказах в эксплуатации и постановке цели и задач исследования.

Отмечаотся, что значительный вклад в разработку теории и прикладных вопросов надежности внесли есветскиа и зарубежные ученые: Л.И,Берг, Б.В.Гнеденко, Ю.К.Беляев, А.Д.Соловьев, A.M. Половко, Д.Ллойд и др. Существенный вклад б изучение вопросов надежности железнодорожного транспорта и обеспечение их работоспособности внесли научные труды Воииова К.Н., Гридвико В.И., Исаева И.П., Ивашова В.А., Катаева О.Б., Козаченко H.A., Косарева Л.Н.» Костекко H.A., Кочнова А.Д., Клика В.П., Кузьмича Л.Д., Лукина В.В., Орлова М.В., Портнова 0.Ф.. Приходько А.П., Рахмилезича A.A., Речкалова Л.И., Савоськина А.Н., Савчука O.K., Сеидерова Г.К., Сковороднихова Е.И», Скибы И.Ф., Ступина А.П., Устича П.А., Фаерштейна Ö.O., Черкаиина Ю.М., Четверго-ва A.B. и других ученых магистрального и промышленного транспорта. значительные и интересные исследования по повышении прочности и надежности узлов вагонов ведут специалисты вагоностроительных заводов.

Одним из направлений исследований в теории надежности является разработка методов оценки показателей надежности по данным об отказах в условиях эксплуатации.

На основании положений общей теории надежности механических систем были разработаны отраслевые стандарты по надежности подвижного состава, опублихованы монографии и другие работы теоретического и методического плана, что позволило организовать работу по контроле технического состояния и эксплуатационной надежности вагонов. Вместе с тем анализ проведенных исследований показал, что до сих пор остается много нерешенных вопросов.

В условиях обезличенной эксплуатации полувагонов сбор исходной информации для анализа эксплуатационной надежности осуществляется путем периодических и разовых наблсдений. Периодические наблюдения в условиях рядовой эксплуатация осу-дествлястся группами надежности ЦВ МПС, а в опытном поезде-работиякани вагоностроительных заводов и другими заинтересованны«!: организациям. Разовые обследования технического состояния элементов полувагонов проводятся пс специально разработанным программам.

Результата периодических и разовых обследования технического состояния элементов полувагонов в эксплуатации оформляются в виде таблиц, в которых приводится чиеяо отка-эавзих (неисправных) элементов из числа /V/ осмотренных с наработкой . Эти данные отличается от данных стандартных планов испытаний на »адеккость, поэтому для 1« обработки не применимы регламентированные методы оценки показателей надежности.

В настоящее время вероятность безотказной работы по данным об отказах в эксплуатации традиционно оценивается по формуле й 1

в которуо вместо истинной интенсивности отказов под-

ставляются значения эмпирической интенсивности отказов, вычисленные по формуле л

/7,- /(А/г " Л; , * С « ¿г . (2)

Отличие данкнх об отказах в эксплуатации от классических внберок не позволяет использовать для оценки показателей надежности другие более коздые методы, хорошо разработанные в настоящее время в теории надежности. Кроме того, традиционный метод дает большув погрешность при калом числе обсле-

доваиных и отказавших элементов из-за медленной сходимости эмпирической интенсивности отказов к истинной интенсивности отказов»

В последние годи в снежных отраслях машиностроения большое распространение получили другие метода оценки показателей надежности по данным об отказах в эксплуатации. Среди них следует отметить наиболее часто употребляемые методы Джонсона, Каплана-Иейера, Нельсона и Никифорова. Широкому распространенно отих методов способствовало большое число публикаций,! р которых подробно изучены свойства-получаемых оценок. Например, показано, Что применение отих методов для обработки неклассических выборок со слокноН структурой повышает точность получаемых оценок. Разработанные методы не исклвчавт, а дополняет и развивает существующие методы.

Однако специфика двиных об отказах элементов полувагонов а эксплуатации пе допускает прямого использования методов оценки показателей надежности, принятых в смежных отраслях машиностроения. Особенность исходных данных предполагает проводе пне предварительных исследования, направленных на сопоставление данных об отказах элементов полигонов в эксплуатации с изученными в литературе некдассичоскими выверками; исследования, направленных па совершенствование уже известных методов в разработки новых.

На основании проведенного анализа в конце первой главы сформулированы вадачи исследования.

Бо агорой глава анаянзирувтея методы сбора и специфика исходной информации о надежности элементов полувагонов; предлагается процедурые обеспечивающие однородность и достоверность исходной информации; доказывается эквивалентность данных об отказах в эксплуатации различным моделям цензурирован-

них выборок.

В силу вероятностной природы показателей надежности, методы их оценки носят статистический характер. Как и во всех статистических исследованиях, в основе анализа надежности элементов полувагонов лежит выборка, понимаемая как данные наб-лпденлй. Ü зависимости от характера данных эксплуатационных испытаний различапт полные и цензурированиые выборки.

Эксплуатационные испытания, при которых все испытываемко изделия доводятся до отказа, называится завервенными, а результаты испытаний образует полнув (классическую) выборку.

Эксплуатационные испытания, при которых не все испытываемые изделия дозодятся до отказа, называется сокращенными, а нвриботки отказазвих и приостановленных (но работоспособны/) изделий образупт цензурированнуи выборку.

Опыт, накопленный я смежных отраслях машиностроения, показал, что наиболее часто в процессе эксплуатационных набли-денид и сокращенных испытаний реализувтел цензурированные выборки. К настоящему времени известные различные варианты (случаи) цензурированных выборок. Разнообразие решаемых задач приводит к увеличение числа случаев цензурирования и расширенно множества методов обработки цензурированных выборок.

В настоящей работе проведена классификация данных об отказах элементов полувагонов в эксплуатации на основе представления их ñ виде различных случаев цензурованных выборок. Выявлено, что де.нныд о первых отхазах элементов пол'/вагоков в опытном поезде представляет собой полнооть» определенные ила многократно цеизурированныо выборки малого объемз.'

Показано, что данные об отказах в рядовой эксплуатации г.редстазлявт собой особый случай цензурироваиной выборки, который назвал расслоенной многократно цензурировачной выборкой

при сгруппированной способе задания статистической информации. Исследоьани свойства такой выборки.

С целы) разработки единого алгоритма оценки показателей надежности, пригодного каь для данных об отказах ь рядовой эксплуатации, так и для данных ой отказах в опытном поезде, в роботе исходные данные об отказах представляются в виде специальной таблица 2) . -Для сгруппированной и интервалы многократко цензурирований выборки таблица В имеет следующий гид;

Таблица I

Представление исходных данных об отказах • ■ в виде специальной таблици.2?

Середины а правые концы интервалов ... £п /

Число отказов, Щ п< 0 0 ... л* О

Число цензурирований, /7?; 0 т, о ... о

В работе получены' формулы для расчета числа отказаввих /?/ и цензурировании* кзделнй по неходким данным об

отказах в эксплуатации для различных способов сбора этих »

данных.

Для данных об отказах в условиях рядовой эксплуатации числа . и ГП1 вычисгявтся по формулам

Ги » .СпгА/аЛ}/^ , /П1 •> ¿1 -/?,-. О)

Здесь ) , /V - величины, связанные с таблицей

]} и вычисляемые по формулам:

Для данных об отказах з опытном поезде, когда число первоначально установленных на испытания узлов монотонно убывает как по причине их отказов, так и снятия с испытаний, числа и /тц вычисляются по формулам

П; ~ , т =• Ж - ^¿ч - Ъ , (5)

^№>де - .исло обследованных элементов с наработкой

^на момент обследования; Л»' - число обнаруженных первах отказов (неисправностей) из числа обследованных элементов; /г -число интервалов группирования (число партий изделий разных возрастных групп).

После таких преобразований исходных данных становится возможным использование для их обработки методов, разработанных в настоящее время для цензурировании* выборок.

Кроме того, во второй главе приведена процедура планирования эксплуатационных наблодений и методы проверки на однородность и аномальность данних об отказах в эксплуатации.

Третья' глава посвящена уточнению методов и разработке алгоритмов и программ оценки показателей надежности элементов полувагонов по данным об отказах в эксплуатации.

На практике в начальной стадии обработки информации о • | надежности обычно невозможно установить вид закона распределения наработки до отказа с приемлемой уверенность!!, В этой ситуации для получения оценок показателей надежности используется непараметрический подход, не связанный с вычислением параметров распределений. 3 зависимости от объема и характера данных об отказах непаре, .етрнческкй подход распадается на несколько групп методов.

К первой группе относятся традиционные методы оценки

вероятности безотказной работы по формулам (I) и (2), в которых Л/ - число первых отказов из числа /V/ обследованных изделий с наработкой ¿^ . Бели при сборе исходной информации не исключались из ; ассмотрения те узлы, которые подвергались восстановлении ремонтом до момента обследования, то вероятность безотказной работы оценивается по формуле

р. где (6)

л Л $ . Л .

п - о>< * Щ (7)

Алгоритм восстановления эмпирическои интенсивности отказов

ш (параметра потока отказов ш ( £) ) и вычисления оценок вероятности безотказной работы по формулам (I), (2) к (6), (7) реализован в работе в виде программы РОТ5К . Эти методы даит хорошие результаты при больших объемах обследованных и отказавших элементов полувагонов.

Ко второй группе откосятся методы оценки показателей надежности по цензурированным выборкам малого объема.

При обследовании высоконадежных узлов, а также при малом числе обследованных узлов числа Яг отказавших в I -ом интервале элементов для большинства временных интервалов равны нуле или близ..л к нуле. Тогда в силу медленной сходимости эмпирической I .тенсивности отказов к истинной интенсивности Л(^) • традиционный метод оценки вероятности безотказной работа по формулам (I), (2) и (6), (7) приводит к значительным погрешностям.

3 этой ситуации, с точки эре ия улучшения точности, г-\и-более перспективным является использование методов Джонсона, .апаана-Мейера и Нельсона, учитывавших цензурированность вь -Сорки. Изменение этих методов на данном этапе стало возмож-

ным благодаря тому, что данные об отказах в эксплуатации представлены в виде различных случаев цензурированных выборок и выведены формула для расчета числа отказавших и цензурированных элементов таких выборок.

В работе предложена единая процедура оценивания показателей надежности элементов г">лувагонов по любым данным об отказах в эксплуатации и состоящая в следующем.

Для все* значений t/ таблицы Л , соответствующих клиентам отказов, функция распределения наработки до отказа оценивается по формулам, приведенным в табл. 2, гд" Ъ прогнозируемое число отказов до момента ¿V с учетом элементов, цензурированных ранее. В нижней строке табл. 2 приведены модифицированные варианты формул с учетом сгруппиро1 юности исходных данных об отказах в эксплуатации.

В работе методы Дконсона, Каплана-Меяера и Нельсона оценки показателей надежности реализованы в виде программы МА Ь2.

К третьей группе относятся методы медианной поряд],вой статистики и прямоугольных вкладов, позволяющих оценивать значения функции распределения наработки до отказа по полностью определенной выборке обгема 3-15 наблюдений с известными значениями наработок до отказа.

Такие выборки появляются при непрерывных наблюдениях за техническим состоянием элементов полувагонов в составе опытного поезда.

Одновременное использование метода медианной порядковой статистики и метода Джонсона подсчета нового порядкового номера отказа позволяет получать количественные значения показателей надежности по малом« числу отказов, когда раньше в подобных случаях ограничивались лишь качественным описанием технического состояния элемента полувагона. Метод прямоуголь-

Таблица 2

Алгоритмы вычисления оценок надежности по цензурированием выборкам

Наименование показате ¡>: надежности Метод вычисления оценок Основные (верхняя строка) и модифицированные (нижняя строка) алгоритмы вычлсления оценок

Функция распределения Джонсона, совмещенный с методом медианной порядковой статистики (при малых /V ) * (1+«/-Г<-,)/(1+//(£;)) 4 « (Г; - 0,3)/+0,4-)

П - Пч +п1 С/*//- Г;-,УС1+Л/(Ь)) £ = С/г ~О,3)/(М+0Л)

Функция распределения Джонсона (при больших N ) П - Пч +(1 + А/- г£.<)/(1* м{£г}) 4 - П/СА/+1)

п » г1-1 +//- ъ.<)/(ил/(ь))

Вероятность. безотказной работы Каплана-Мейера

л _ , Пк

Функция распределе-' нйя Нельсона Ь в СЬ)ь и) ЫР [-1

Я - 1-

них вкладов в работе реализован в виде программы МА1.1.

Для реяения задач управления и прогнозирования надежности необходимо знать закон распределения наработки до отказе параметры этого распределения. Оценивание параметров расп^о;,"-лении осуществляется параметрическими методами. Основным преимуществом этих методов является возможность получения оценок я высокой точностыз. По найденным оценкам параметров закона распределения наработки до отказа оценка вероятности безотказно« работы и других показателей надежности определяется путем подстановки оценок параметров в соответствующие аналитические зависимости.

Представление данных об отказах в эксплуатации в виде цензурированных выборок, а также полученные формулы (3), (4) для расчета числа отказов /2г и цензурирований /7?г позволило использовать наиболее модный параметрический метод - метод максимального правдоподобия. Метод реализован в виде программы раек А .

Разработанные в третьей главе методы и программы обладают достаточной гибкостьп и универсальности», позволяет учитывать разнообразие исходной статистической информации о потоке отказов и априорнуп информацию об изучаемой случайной величине. Структура разработанных программ составлена таким образом, чтобы они могли стать составной часты! комплекса автоматизированной системы анализа и управления надежностьо в эксплуатации.

В четвертой глава экспериментально подтверждается обоснованность использования методов и алгоритмов оценки показателей надежности п^ данным об отказах в эксплуатации с учетом их цензурированности, показываетс.4 проаед 'ра использования этих метода и алгоритмов, анализируется эксплуатацион-

нал надекность элементов полувагонов.

Для анализа надежности колесной пары по прокату колеса были использованы данные, приведенные в табл. 3

Таблица 3

Данные обследования в 1980-85 гг. технического состояния колесных пар тележек полувагонов, оксплуатирувщихся в опытном поезде УВЗ с 1979 г.

Продолжительность эксплуатации, лег

I

2

3

5

6

Количество обследове-чих,N1

161

99

38

27

Количество обточенных, щ

О

18

2

Значения эмпирической функции распределения ресурса колесной пары по прокату колеса вычислены методом Дионсона и традиционным методом по формулам (I), (2). Эти значения приведены на рис. I.

Установлено, что ресурс колесной пары по прокату колеса удовлетворительно описывается распределением Гумбеля для минимальных значений. Параметры этого распределения и некоторые другие статистические характеристики приведены в табл. На рис. 2 приведены графики интенсивности отказов , плот-

ности распределения f(t) , параметра потока отказов ,

полученные расчетным путей.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что в первые 10 лет эксплуатации поток поступавши на обточку колесных пар одного года изготовления не является стационарным. Наиболее критическими является четвертый и седьмой годы эксплуатации (рис. 2) с максимальными значениями параметра потока отказов. При малом числе обследованных и отказавших элементов (табл. 3) метод Джонсона позволяет получать

9

О

Функция распределения ресурса колесной пары по прокату колеса: - расчетная, А - эмпирическая по ■Джонсону, » - эмпирическая через интенсивность

',0 0.8 0.6

0.1 0.1

у к

1 |/

/1

/

/ >

Рис. I

Графики характеристик надежности колесной пары по прокату колеса при выравнивании распределением Гумбеля для минимальных значений

Таблица 4

Результаты анализа надежности элементов полувагонов

Показатели Прокат Надрессорная балка Шкворневой узел

колесной пары В целом Нижний пояс С учетом производств. отказов Без учета производств. отказов

Тип теоретич. распределения Параметры распределения коэйфиц. вариации 90 1-ый ресурс, лет средняя нараб. до отказа,лет Начало массовых отказов,лет Гуибеля.бя/д б = 0,72 /* = 3,25 0,33 2,6 3,8 2.5 Вейбулла S • 2,7 й = 32,4 V 14,0 28,8 5 Вейбулла £ = 4,6 а * 80 0,3 больше 30 73,1 16 Вейбулла В = 2,1 О = 18,8 0.5 6.5 lé.6 2 Вейбулла В - 3,3 а = 19,1 0,3 9.5 17,0 3

Вероятность безотказной работы (10 лет) Эмпирич. расчетные нормируем 0 0 не. нор;<ир. 0,959 0,952 0.900 0,9997 0,9999 не нормир. 0,788 0,761 0,920 0,880 0,887 не нормир.

Параметр потока отказов За первый год экспл. Зкпприч» расчетные 0 0 0 0,0003 0 " 0 0 0,0049 0 0,0002

1 год Л За второй год экспл. Эмпирич. расчетн. нормир. 0 0,0598 не' нормир. 0,0024 0,0013 0,0016 0 0 ке нормкр. 0,0086 0,0107 не нормир. 0,0043 0,0009 но нормир.

белее точкио оценки (рис. I), чем традиционный'метод черва интенсивность отказов,

Таким образом, полученные расчетным путем показатели хнического состояния холесной пары полностьп совпадазт ала близки к реальным показателям. Полученный результат экспериментально подтверждает обоснованность выбора методов оценки показателей надежности элементов полувагонов по данным об отказах в эксплуатации с учетом их цензурированности.

Для анализа эксплуатационной надеяности надрессорной балки были попользованы данные ПКБ ЦВ МЛС о холичестзе осмотренных и поврежденных надрессорных балок в 1960-84 гг, по всем видан трецин и данные ВНИйЖГ о количества осмотренных а выбракозашшх балок из-за иол».-1ия трощчн а ннинен полез.

Злаченая функции распределения наработки до отбраковки надрессорной балки вычислены методом Джонсона (рис. 3) и традиционным кетодой. Выяснено, что разнив методы при больпом числе обследованных к отказавших элементов дмт одинаковые результаты.

Установлено, что продолжительность эксплуатации надрессорной балки до отбраковки распределена по закону Вейбулла. Параметры этого распределения, найденные методом максимального правдоподобия, приведены в табл. 4.

Вероятность отказа надрессорной балки по трецинам, уг-роаайцйм безопасности движения составляет за 10 лет эксплуатации 0,01 % и за 30 лет - примерно I %. Первые трещины э нижнем поясе появляются прияерко через ? лет эксплуатации» наиболее интенсивно трещины образуется через 16 лет (рис. 4)'.

Для замены выбраковываемых при деповской ремонте надрес-' сорных балок необходимо иметь розерв. В работе получена фор-' мула для расчета потребного числа ъапаеннх деталей через зна-

Распределение наработки надрессориоя балки в целок (I) и по нижнему поясу (2)

Графики характеристик надежности нижнего пояса надрессорнор. балки при выравнивании наработки

чения интенсивности отказов.

Проведено сравнение точности оценок функции распределения, вичисленшх разными методани, В основу анализа положены данные о первых отказах шкворневого узла полувагсча, собранные группами надежности по специальной методике, разработанной сотрудниками ЛКБ ЦБ МПС, МКИТз и УВЗ. Под отказом шкворневого узла понимается обнаружение хотя ба одной трещины, пр>— эыса&шей по длине предельное значение 15 мм. Разработанная ^^ карта формы ФГ-72а для сбора исходной информации позволила выделить из общего числа отказов аасззорневого узла так называемые производственные отказы, причиной появления которых является нарушение установленного процесса изготовления изделия, Всего было осмотрено полувагона постройки >ВЗ после 01,01.1974 г.

о

Установлено, что наработка до появления трески удовлетворительно описывается распределением Вейбулла. Параметры распределений, вычисленные методом максимального- правдоподобия, приведены в тс.бл. 4 Выяснено, что вероятность безотказной работы узла за 10 лет эксплуатации менызе (табл. 4) нормируемого значения 0,92.

. Получены оценки (точки из рис» 5) и построена 90 % доверительная полоса (заптрихованная область) для эмпирической функции распределения, расчитанной методом Джонсона. Относи-^ тельная 90 ,1-ая доверительная опкбка метода Джонсона равна 0,035.

Средняя ступенчатая гиния на рис, 5 определена в соотст-вии с ГОСТ 27.503-81 по смоделированной выборке, икеоаей такое же число отказов (36) за 10 лет эксплуатации, что и исход»-ные данные, собранные группами надежности. Относительная 90 ая доверительная ошибка стандартного метода равна 0,177.

Таким образом метод Джонсона позволяет получать более точные оценки, поэтому применение методов, учитывающих цензу-рированпость выборки, перспективно для обработки данных об отказах в эксплуатации, при малом числе обследованных и отказавших элементов вагонов.

Точность оценки функции распределения с .учетом (I) и без учета (?.) наработок до цензурирования

Рис. 5

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ работ по оценке показателей надежности эл«;. уев полувагонов по данным об отказах в эксплуатации показе... что не используотся методы, получнвэие больсое распространение в смежных отраслях машиностроения и давшие более точные оценки, особенно при малом числе отказов. Это обстоятельстпс связано с отличием данных об отказах элементов вагонов от

^^ классических выборок, рассматриваемых в математической теории надежности.

2. В результате анализа различных схем накопления исходных данных об отказах и математических методов их обработка проведена классификация данных об отказах элементов полузагонов в эксплуатации на основе представления их в виде различных случаев цензурированных выборок.

3. Представление исходных данных в виде цензурированных выборок и полученные формулы для расчёта числа отказавших я цензурированных элементов позволили использовать методы оценки показателей надежности, учитывавшие цензурированность выборки. В работе уточнены методы статистической обработки таких выборок и предложены некоторые усовершенствования этих методов.

Экспериментально подтверждено, что точность методов, ^ учитывающих цензурированность выборки выве точности традиционного метода в 3-5 раз.

5. Теоретически подтверждена возможность использования и традиционного метода оценки вероятности безотказной работы элементов вагона через интенсивность отказов (параметр пото-' ка отказов) при больших объемах выборок.

6. Разработанные алгоритмы и програмны позволяет решать

широкий круг практических задач по оценке показателей надежности элементов вагонов»

7. Получена формула для расчета потребного числа запасных деталей вагонов, ремонтируемых заменой.

8. Проведены расчеты и анализ эксплуатационной надежности ответственных элементов полувагонов. Использование предлагаемых методоъ на примере шкворневого узла и колесной пары позволило получить показатели их надежности по малому числу отказов в эксплуатации,

9. Результаты исследования использованы ВНИИ вагоностроения при подготовке проекта РТМ "Показатели надежности груво-вых магистральных вагонов", а также при курсовом и дипломном проектировании на кафедре "Вагоны и вагонное"хозяйство" УЭШТа.

10. Внедрение результатов исследования позволяет ускорять освоение серийной продукции о более высокими показателями надежности, сокращать расходы на получение информации о техническом состоянии и на обработку этой информации, что дает народнохозяйственный эффект в размере 57,8 тыс.руб. в год.

ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абалсв Ф.Х., Ивашов В.А., Кац И.Й. Математическая модель отказов надрессорной балки и оцонка показателей надежности /Урал, электромохан. ин-т ииж. ж.-д. трансп. - Свердловск, 1931. - 14 с. - Деп. в ЦНИИТЭЛ МПС. 15.10.81. * 1364.

2. Абаиев Ф.Х., Ивашов В.А. К вопросу об оценко показателей надежности элементов нзханкческих систем по результатам разовых осмотров /Урал, электромехан. ин-т иьж, ж.-д. трансп. - Свердловск, 1983. - 13 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС

31,10.03. Ji 2247.

3. Абашев Ф.Х. О Еыборе модели надежности единичного вагона // Проблемы механики железн; транспорта: Тез. докл. на Всесоззноя конф. в ДИИТе. - Днепропетровск, 1984. - С. 179.

' 4. Абапев Ф.Х. Представление данных разового обследования

технического состояния вагонов в виде особого случал цензурирования и методы оценки по ним характеристик надежности /Ура;! . электромехан, ин-т инж. к.-д. трансп. - Свердловск, 1985,-21 о.

Щ - Деп. в ЦШТЭИ КЛС 30.05.36. » 3285 я.д. - Д85.

у 5. Абашев Ф.Х,, Пранов A.A. Оценка и анализ эксплуатаци-

онной надежности надрессорннх балок тележек ЦНИИ-ХЗ // Тру-'> / ВНИИ вагоностроения. - 1985. - Вып. 55. -

С. 75-85.

6. Абашев Ф.Х,, Зайнетдинов Р.И., Кгмаев О.Б., Лраноз A.A. Оценка надежности шкворневого узла полувагона по статистическим данным о техническом состоянии с учетом цензуриро-ванности /Урал, электромехан. ии-т ж.-д. трансп. - Свердловск. 1985. - 33 с. - Деп. з ЦНКИТЭИ МПС 30.07.85. » 3164 ж.д, - 86 Деп.

7. Абашев Ф.Х. Метод максимального правдоподобия оценивания параметров распределений по данным об отказах у5>лов • полувагонов в эксплуатации // Межвуэ. сб. научкк тр. / УЭМИИТ. - 1989. - Вып. 80. -С. 19-22. .

' 8. Изаиоз В,А,, Абалез Ф.Х., Ватолин В.М.'Числовая ап-

робация методов оценивания надежности по данным об отказах в опытном поезде с учетом цензурированности выборки // Межвуз. сб. научн. тр. / ДИИТ. - 1989. - С. 47-53.