Качественный анализ надежности

Качественный анализ проведён на основе статистических данных собранных во время прохождения преддипломной практики в ФГУП “325 Авиационный Ремонтный Завод” города Таганрог.

Статистические данные об отказах и неисправностях топливной системы сгруппированы и представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Статистические данные об отказах и неисправностях топливной системы самолёта Ан-12.

№ п/п	Наимено-вание узла, агрегата, детали	Характер отказа	Повто-ря- емость, ч	Обстоятель- ства и способ обнаружения	Причина	Класс-сифи- кация
	Поплавковый клапан гидравличес-кого типа системы централизо-ванной заправки топливом У6110-220	Заклинива-ние поршня во втулке клапана	6785, 6931,	При проведении испытаний ЛА на ЛИС после КВР	Попадание посторонних частиц между поршнем и втулкой клапана.	Р
Засорение калиброван- ного отверс- тия жиклёра в головке поршня		При проведении дефектации и определении ТС	Попадание посторонних частиц в калиброван- ное отверс- тие жиклёра в головке	Э

 

Продолжение таблицы 1.1
					поршня, в следствии использования некондицион-ного топлива
	Подкачиваю-щий топливный насос агр. 463	Разрушение шарикопод- шипников с последую- щим закли- ниванием ро- тора	5432, 5736, 5890, 6120, 6871,	При проведении дефектации и определении ТС	Вымывание смазки в следствии усадки манжет сальникового уплотнения	КПН
Негерметич- ность	5874, 6941,	Течь топлива через сальниковые уплотнения привода при проведении дефектации и определении ТС	Усадка манжеты сальникового уплотнения привода	КПН
	Электропри-водной цент-робежный топливный насос ЭЦН-14	Негерметич-ность	6420,	Подтекание топлива в дренаж при проведении дефектации и определении ТС	Усадка манжеты сальникового уплотнения привода	КПН
Износ шлицов на приводном валу		При проведении дефектации и определении ТС	Недостаточная износостой-кость материала	КПН
Разрушение канавки под шпонку на валу насосного колеса	5280,	При проведении дефектации и определении ТС	Недостаточная усталостная прочность вала насосного колеса	КПН
Износ золотника		Внутрен- няя негерме- тичность регулирово- чного клапана при проведении дефектации	Недостаточная износостой-кость материала	КПН

 

Продолжение таблицы 1.1
				и опреде-лении ТС
Разрушение шарикопод-шипника	1592, 2256, 3370, 3713, 4367, 4748, 5108, 5328, 5887, 6017, 6462, 6987, 7123, 7493, 7985	Повышен-ный шум при работе насоса при визуальном осмотре при приемке самолета	Вымывание смазки из шарико- подшипника в следствии износа манжет сальникового уплотнения	КПН
	Мягкие топливные баки	Негерметич- ность	3984, 4253, 4573, 5739, 6371,	Многочис-ленные сет-ки трещин вокруг технологи-ческих фланцев при прове-дении дефектации и определе-нии ТС	Старение резинотехни-ческих изделий	КПН
	Бак-кессоны	Негерметич- ность	1293, 2903, 3018, 4847,	Течь и отпотевание топлива по заделке и винтам креп- ления панелей при визуальном осмотре при приемке самолёта	Старение, местное разрушение и отслоение герметика на внутренней поверхности бака	КПН
	Топливный фильтр грубой очистки 8Д2.966.005	Коррозия фильтра		При проведении дефектации и определении ТС	Некондицион-ное топливо	Э

 

Продолжение таблицы 1.1
	Топливный фильтр тонкой очистки 12ТФ15СН	Загрязнение фильтроэле-мента	4893,	При работе двигателя горит табло "Давление топлива"	Некондицион-ное топливо	Э
	Пожарный кран линии выработки топлива У6100-40М	Ослабление крепления	4390,	При проведении дефектации и определении ТС	Усадка войлочной прокладки	КПН
	Сливной клапан У6110-380	Износ уплотнитель-ных колец	4893, 6027,	Подтекание топлива при визуальном осмотре при приемке самолета	Недостаточная износостой-кость резинотехни-ческих изделий	КПН
	Обратный клапан линии выработки топлива П6100-130	Износ уплотнитель-ного кольца		Течь по стыку между седлом и клапаном при визуальном контроле и испытании на герметич-ность	Недостаточная износостой-кость резинотехни-ческих изделий	КПН
	Пробка заливной горловины У6110-30	Обрыв звеньев цепочки	3987, 5098,	При проведении дефектации и определении ТС	Неправильные действия ИТС	Э
	Трубопро-воды	Негерметич-ность	6704,	Течь топлива в местах соединения трубы с дюритовой муфтой при визуальном контроле и испытании на герметич-ность	Недостаточная затяжка хомутов	Р

Произведено группирование отказов по принадлежности к узлам и агрегатам топливной системы, по виду и происхождению. Результаты группирования отказов топливной системы показаны в виде круговых диаграмм, отражающих процентное соотношение различных групп отказов. (рисунки 1.3, 1.4, 1.5).

Рисунок 1.3 – Группирование отказов по причинам возникновения

 

Рисунок 1.4 – Группирование отказов по принадлежности к узлам и агрегатам

Рисунок 1.5 – Группирование отказов по характеру дефекта

Выводы:

1. По происхождению отказов на долю конструктивно-производственных отказов приходится 67%, на нарушение правил ремонта 11%, и 22% на долю нарушения правил эксплуатации. Так как подавляющее число отказов являются конструктивно-производственными, то следует обратить наибольшее внимание на технологию сборки и культуру производства узлов и агрегатов топливной системы. Также большое количество отказов, связанно с нарушением правил эксплуатации и ремонта. Это связанно с тем, что работы по техническому обслуживанию и ремонту производятся специалистами низкой квалификации. Поэтому необходимо повысить контроль работ по обслуживанию при эксплуатации и ремонте.

При проведении анализа выяснилось, что больше всего отказов приходится на электроприводной центробежный топливный насос ЭЦН-14 (40% всех отказов). На подкачивающий топливный насос агр.463 приходится 18% отказов, на мягкие топливные баки 12%. Из этого следует, что одним из наиболее слабых узлов топливной системы является электроприводной центробежный топливный насос ЭЦН-14. Необходимо произвести некоторые конструктивные доработки насоса ЭЦН-14 для исключения его отказов. Так же следует обратить внимание на подкачивающий топливный насос агр.463.

Из распределения отказов следует, что на отказы связанные с разрушением подшипников и валов топливных насосов приходится 40% всех отказов, на различного вида негерметичности (трубопроводов, баков, насосов) 32%, на износ (уплотнительных колец, золотников, шлицов) приходится 11%. Необходимо применять более современные материалы для ремонта агрегатов и их элементов конструкции. Также необходимо повысить контроль со стороны инженерно-технического персонала за качеством проводимых работ по обнаружению неисправностей в наиболее вероятных местах исходя из статистических данных.

2. Для дальнейшего исследования выбирается разрушение шарикоподшипника электроприводного центробежного топливного насоса ЭЦН-14, так как именно в этом агрегате наблюдается большое число отказов.

1.2.2. Количественный анализ надежности

Количественный анализ надежности заключается в определении теоретического закона распределения наработки объекта до отказа. На их основе определяется фактическая надежность объекта в пределах назначенного ресурса, а также необходимость проведения мероприятий, направленных на повышение уровня надежности.

В качестве объекта выбран электроприводной центробежный топливный насос ЭЦН-14. Неисправность заключается в вымывании смазки из шарикоподшипника в следствии не герметичности резиновой манжеты.

Исходные данные для расчета надежности:

Общее число неисправных деталей n, шт. 15

Число наблюдаемых деталей, N, шт. 270

Время наблюдения, T, ч 8000

Вариационный ряд наработок до возникновения неисправности:

1592, 2256, 3370, 3713, 4367, 4748, 5108, 5328,

5887, 6017, 6462, 6987, 7123, 7493, 7985

Статистическая информация по данному отказу предоставлена ФГУП “325 Авиационный Ремонтный Завод” за период 2006-2010 года.

Интервал наработки 0…8000 часов разбиваем на разряды по правилу Старджена для плана наблюдения [NUT]:

(1.1)

Число разрядов k принимаем равное 5. Найдём интервал времени .

часов (1.2)

Расчёт эмпирических характеристик надёжности

В каждом интервале производим расчёт эмпирических значений плотности , интенсивности отказов и вероятности безотказной работы по формулам:

(1.3)

(1.4)

, (1.5)

где - число объектов, отказавших в интервале наработки ;

- число объектов, исправно работающих на начало рассматриваемого периода.

Результат расчётов эмпирических характеристик надёжности представлен в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 - Расчёт эмпирических характеристик надёжности

№инт	ч	, ч	,ч		105 1/час	105 1/час
					0,231	0,231
					0,231	0,232	0,996
					0,926	0,932	0,994
					0,926	0,946	0,979
					1,157	1,201	0,963

По данным таблицы 1.2 строятся гистограммы эмпирического распределения, приведенные на рисунках 1.6, 1.7, 1.8.

Рисунок 1.6 – Гистограмма эмпирического распределения плотности отказов

Рисунок 1.7 – Гистограмма эмпирического распределения интенсивности

отказов

Рисунок 1.8 – Гистограмма эмпирического распределения вероятности безотказной работы

Вымывание смазки из шарикоподшипника, в следствии не герметичности резиновой манжеты связано с накоплением повреждений в материале. Накопление повреждений происходят с постоянной или примерно постоянной скоростью развития. Следовательно, можно сделать вывод, что вариационный ряд наработки подчиняется нормальному закону распределения. Этому предположению не противоречит и внешний вид гистограмм.

Определение параметров закона распределения

Нормальное распределение является двухпараметрическим, т. е. для его полного определения необходимо найти два параметра – m_t и σ_t.

Для плана наблюдения [NUТ] параметры можно вычислить методом разделяющих разбиений.

Выберем значения наработки и

Значения соответственно:

По таблице стандартной нормальной функции распределения находим значения квантилей Z

(1.6)

(1.7)

(1.8)

(1.9)

Проверка правильности принятой гипотезы

Проверка правильности принятой гипотезы осуществляется с помощью критерия Пирсона. Для его использования необходимо определить некоторую величину , характеризующую степень расхождения теоретического и эмпирического распределений, и оценить значимо ли это расхождение или незначимо. Принимаем, что = , где рассчитывается по формуле:

, (1.10)

где - теоретическая вероятность отказа в интервале ;

N – количество наблюдаемых объектов;

- число объектов, отказавших в интервале наработки .

При распределении значение определяется выражением:

(1.11)

где , - наработки, соответствующие началу и концу интервала .

Расчёт критерия Пирсона представлен в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Расчёт критерия Пирсона

					0,0015	0,405	0,595	1,4691
					0,0040	1,080	-0,080	0,0059
					0,0101	2,727	1,273	0,5943
					0,0212	5,724	-1,724	0,5193
					0,0403	10,881	-5,881	3,1786
			-		0,9222	248,994	6,006	0,1449
								5,9121

 

Найдём меру расхождения по формуле:

(1.12)

Следовательно, .

Число степеней свободы r в случае 6 разрядов таблицы и двух параметров закона распределения равно 3 (r=6-2-1). Задавшись уровнем значимости α=10% находим . По таблице распределения для и r=3 находим Подсчитанное значение не попадает в критическую область (6,25; +∞), следовательно, принятая гипотеза о нормальном законе распределения не противоречит статистическим данным.

Определение точности оценок параметров распределения

Верхняя и нижняя границы доверительного интервала для параметров m_t и σ_t вычисляются по формулам:

(1.13)

(1.14)

(1.15)

(1.16)

- квантиль нормального распределения, для

Таким образом, интервал (3047;5841,8) с доверительной вероятностью 90% покрывает истинное значение параметра - , а интервал (12017,2;16605) - значение параметра .

Построение графиков теоретического распределения

Построение графиков распределения производим для диапазона 0<t<8000ч.

(1.17)

(1.18)

(1.19)

(1.20)

(1.21)

 

Расчётные данные сведены в таблицу 1.4.

Таблица 1.4 - Расчёт теоретических характеристик

t, час
λ(t) ,1/час	0,0503	0,1013	0,1941	0,3542	0,6153	1,0186	1,6122	2,4418	3,5542
f(t) ,1/час	0,0503	0,1012	0,1936	0,3521	0,6088	1,0004	1,5628	2,3209	3,2777
PВ(t)		0,9999	0,9995	0,9992	0,9988	0,9984	0,9971	0,9962	0,9954
P(t)		0,9986	0,9974	0,9938	0,9893	0,9821	0,9693	0,9505	0,9222
PН(t)		0,9706	0,9564	0,9318	0,9147	0,8849	0,8485	0,8051	0,7449

 

По данным таблицы 1.4 строится график теоретического распределения вероятности безотказной работы, приведенный на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 - График теоретического распределения вероятности безотказной работы.

Произведём сравнение фактических значений характеристик надёжности с нормативными величинами. В качестве нормативной величины используем гамма-процентную наработку до первого отказа. Гамма-процентная наработка – это наработка, в течение которой изделие проработает до первого отказа с вероятностью , выраженной в процентах.

Определим - процентный ресурс для и нижней оценки :

(1.22)

Отсюда (1.23)

Определим - процентный ресурс для и верхней оценки :

(1.24)

Отсюда

Вывод: Величина =1034,62 часов удовлетворяет требованиям надёжности, т.к. по форме Ф-1 (300 ± 30 часов полета) периодического обслуживания контролируется состояние топливного насоса ЭЦН-14. Но так разрушения шарикоподшипника в топливном насосе ЭЦН-14 повторяется достаточно часто, необходимо исследовать данную неисправность.