Nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống truyền động có các khâu lắp nối tiếp

Bài viết Nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống truyền động có các khâu lắp nối tiếp trình bày một cách hệ thống các bước đánh giá độ tin cậy của hệ thống truyền động cơ thông qua các chỉ số độ tin cậy có ý nghĩa kỹ thuật quan trọng, khảo sát đánh giá độ tin cậy của hệ thống truyền lực xe xích cao tốc T-55 trên cơ sở bộ dữ liệu giả định.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CÓ CÁC KHÂU LẮP NỐI TIẾP STUDYING THE RELIABILITY OF TRANSMISSION SYSTEMS WITH ELEMENTS INSTALLED IN SERIES Nguyễn Thế Mạnh1,* DOI: https://doi.org/10.57001/huih5804.42 TÓM TẮT Việc nghiên cứu độ tin cậy hệ thống kỹ thuật nói chung ln nhiệm vụ nhà nghiên cứu nước quan tâm, đặc biệt ngành viễn thông, kỹ thuật điều khiển tự động hóa [3, 5, 6] Tuy nhiên hoạt động nghiên cứu độ tin cậy hệ truyền động chưa quan tâm mức Các nghiên cứu nước thường tập chung nghiên cứu chẩn đốn dự báo tình trạng kỹ thuật, có nghiên cứu độ tin cậy hoạt động chúng, lĩnh vực độ tin cậy , chẩn đốn dự báo tình trạng kỹ thuật có liên quan chặt chẽ với [1] Hoạt động nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy hệ thống truyền động có ý nghĩa quan trọng, sở giúp người sử dụng đánh giá tình trạng kỹ thuật tại, đồng thời dự đốn tình trạng kỹ thuật hệ thống giai đoạn sử dụng tới Từ giúp người sử dụng lập kế hoạch sử dụng đối tượng hiệu Trong khuôn khổ báo trình bày cách hệ thống bước đánh giá độ tin cậy hệ thống truyền động thông qua số độ tin cậy có ý nghĩa kỹ thuật quan trọng, khảo sát đánh giá độ tin cậy hệ thống truyền lực xe xích cao tốc T-55 sở liệu giả định Keywords: Độ tin cậy, hệ truyền động, số, tính toán, khảo sát ABSTRACT The study of reliability of engineering systems in general is always a task of interest to domestic and foreign researchers, especially in fields such as telecommunications, control engineering and automation chemical [3, 5, 6] However, research activities on motor transmission systems have not been paid enough attention The study and assessment of the reliability of technical systems using reliability assessment indicators is important, since on this basis it helps users to assess the current technical condition of the object, and at the same time predict the technical condition of the object in the upcoming period of operation On this basis, users can plan to use more efficient vehicles Within the framework of the article, the test calculation of the reliability of the power transmission of transport vehicles will be evaluated according to the test data collected during the operation and repair of vehicles Keywords: Calculation survey, reliability, powertrain, damage probability Trường Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn Email: manhttg97@gmail.com Ngày nhận bài: 20/5/2022 Ngày nhận sửa sau phản biện: 20/7/2022 Ngày chấp nhận đăng: 27/10/2022 * GIỚI THIỆU Độ tin cậy hệ thống kỹ thuật định khả thực chức chúng Nhiều nghiên cứu độ 74 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Tập 58 - Số (10/2022) tin cậy hệ thống kỹ thuật nói chung độ tin cậy hệ thống truyền động ngành khí động lực nói riêng cơng bố Theo nghiên cứu tác giả, phần lớn nghiên cứu độ tin cậy công bố thường tập chung lĩnh vực tự động hóa, viễn thơng, cơng nghệ thông tin, kỹ thuật điều khiển tự động Các nghiên cứu độ tin cậy hệ thống truyền động ngành khí động lực thường tập chung đến việc xây dựng hàm độ tin cậy hàm xác suất hư hỏng theo thời gian t [4] mà bỏ qua tiêu khác độ tin cậy [1, 2] Mặt khác việc xây dựng hàm độ tin cậy hàm xác suất hư hỏng theo thời gian t tiến hành sở mơ hình phức tạp mơ hình Markov mơ hình “Phục vụ đám đông” Tác giả cho việc sử dụng mơ hình có ý nghĩa mặt dự báo tình trạng kỹ thuật đánh giá độ tin cậy hệ thống truyền động Về mặt phương pháp luận, việc áp dụng mơ hình mang tính hàn lâm, nghiêng học thuật áp dụng vào thực tế để đánh giá độ tin cậy hệ truyền động cách trực quan, cụ thể Vấn đề quan trọng nghiên cứu độ tin cậy hệ thống truyền động phải có cách nhìn tổng quan, trực quan, rõ ràng mang tính thực tế cao, tính tốn vừa chất độ tin cậy hệ truyền động cụ thể vừa có khả làm sở để dự báo hệ số dự trữ kỹ thuật khả hoàn thành chức tương lai Bài báo trình bày cách hệ thống tiêu chí độ tin cậy Xây dựng hàm độ tin cậy hàm xác suất xuất hư hỏng đối tượng dựa phần tử cấu thành lên hệ thống Khảo sát độ tin cậy hệ theo thời gian sử dụng t với liệu giả định PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu độ tin cậy hệ thống kỹ thuật, tùy vào đặc điểm hệ thống, có phục hồi khơng có phục hồi người ta đưa tổ hợp nhiều số đánh giá Trên sở lý thuyết chung độ tin cậy đối tượng phạm vi báo cáo trình bày hệ thống số độ tin cậy quan trọng, cần quan tâm nghiên cứu độ tin cậy hệ truyền động cơ, theo nghiên cứu chúng phản ánh khả thực chức hệ thống truyền động cụ thể, tức số đảm bảo cho hệ thống có khả thực nhiệm vụ định điều kiện hoạt động thời gian hoạt động xác định Website: https://jst-haui.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 2.1 Xác suất không hỏng hệ thống truyền động phức tạp đó: λi(t) - cường độ hỏng hóc phần tử thứ i, i = 1, 2, , n Gọi pi(t), (i = 1, 2, , n) xác suất không hỏng hay hàm tin cậy phần tử thứ i hệ thống gồm n phần tử lắp nối tiếp thời điểm xác định t Ph(t) xác suất khơng hỏng hệ Khi xác suất khơng hỏng hệ thống gồm n phần tử lắp nối tiếp xác định sau [2, 4]: Như vậy, hệ nối tiếp, cường độ hỏng hóc hệ tổng cường độ hỏng hóc phần tử n Ph  t    pi  t  (1) i 1 Vì pi(t) ≤ nên Ph(t) ≤ min[pi(t)], i =1, 2, , n Nếu ĐTC phần tử thời điểm xác định t nhau, tức p1(t) = p2(t) = = pn(t) = p(t) xác suất khơng hỏng hệ nối tiếp n phần tử xác định bằng: n Ph  t    pi  t   p  t   n (2) i 1 Nếu ĐTC phần tử biết trước không phụ thuộc vào thời gian t nhau, tức p1 = p2 = = pn = p xác suất không hỏng hệ nối tiếp phần tử xác định bằng: n Ph   pi  pn (3) 2.4 Thời gian trung bình làm việc không hỏng hệ TTBh [2, 4]: Ttb  (9) n  λi (t) i 1 2.5 Cường độ phục hồi hệ thống lắp nối tiếp [2, 4]: n μ (t)   μi (10) i 1 2.6 Đại lượng đặc trưng cho khả chuyển trạng thái đối tượng sau phục hồi (phụ thuộc vào cường độ hư hỏng phục hồi) [2, 4] n  λ (t) γ (t)  n (11)  μi (t ) i 1 n Hàm Ph  t    pi  t  gọi làm hàm độ tin cậy i 1 hệ thống lắp nối tiếp gồm n phần tử Cường độ hư hỏng xác suất làm việc không hỏng liên quan với theo mối quan hệ: t  λ(t)dt] t P(t)  exp[- λ(t)d(t)] hay P(t)  e  (4) 0 Theo (1) xác suất không hỏng hệ bằng: Ph  t   n  p t    e  λ i ( t ) dt ]  (5) i i 1 i1 2.2 Xác suất hỏng hệ Qh(t) hệ thống truyền động phức tạp Xác suất hỏng Qh(t) hệ xác định [2, 4]: n n Qh  t    Ph  t     pi  t     1  qi  t   , i 1 (6) i 1 đó: qi(t) - xác suất hỏng phần tử thứ i, i = 1, 2, , n Nếu ĐTC phần tử thời điểm xác định t nhau, tức q1(t) = q2(t) = = qn(t) = q(t) xác suất hỏng hệ nối tiếp phần tử xác định bằng: n n Qh  t   1 Ph  t   1 p  t     1  q  t   (7) 2.3 Cường độ hỏng hóc hệ λh(t) Cường độ hỏng hóc λh(t) hệ thống gồm n phần tử lắp nối tiếp xác định biểu thức [2, 4]: n λh  t    λi  t  , i 1 Website: https://jst-haui.vn (8) (12) n 1  γi i 1 Các biểu thức với quy luật phân bố thời gian làm việc hỏng mà biết Các biểu thức áp dụng cho hệ thống truyền động gồm n phần tử lắp nối tiếp với Như ta tổng hợp lại, với hệ truyền động thông thường gồm phần tử lắp nối tiếp ta có: t t n 2.7 Hệ số sẵn sàng [2, 4]: K ss  t t   λ1 ( t ) dt   λ2 ( t ) dt   λ3 ( t ) dt n P  t   P  t   P (t)P (t)P (t)  e 0 e e  i h i1  t t t    λ1 ( t ) dt   λ2 ( t ) dt   λ3 ( t ) dt Q(t)  1 Ph  t   1 e e e  n   λ(t)   λi  λ1  λ2  λ3 i1    Ttb  n  λ i (t )   i 1 (13)  n  λ1 (t)  λ (t)  λ2 (t)  λ3 (t)  γ ( t)   n  μ ( t)  μ (t )  μ ( t )  1 μi (t)     n  μ ( t )  μi  μ1  μ3  μ3   i 1   n K ss  1  γ i   i 1 Vol 58 - No (Oct 2022) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 75 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Như đánh giá độ tin cậy hệ truyền động thông qua số trình bày hệ (13) có khâu lắp nối tiếp, ví dụ hệ thống truyền lực loại xe hai cầu, ba cầu, hệ thống truyền động xe cẩu, xe ủi, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Nghiên cứu độ tin cậy hệ thống gồm ba phần tử lắp nối tiếp: Ly hợp chính, Hộp số, Cơ cấu quay vịng phanh dừng xe xích cao tốc T- 55 đơn vị sử dụng Giả sử sau thời gian quan sát nhận liệu giá trị cường độ hư hỏng λ giá trị mức độ phục hồi μ phần tử tương ứng với xe trình bày bảng Cần xác định số độ tin cậy hệ thống xây dựng đường đặc tính độ tin cậy xác suất xuất hư hỏng hệ thống theo thời gian sử dụng t Từ liệu bảng ta xác định giá trị thống kê trung bình cường độ hư hỏng λ giá trị mức độ phục hồi trung bình μ phần tử hệ thống sau: n n λ λ tb.LHC  μ i 5 i1 -1  5,62.10 h , μ tb.LHC  n n i i1 n  4,3.10 6 h-11, μ tb.HS  n λ λ tb.CCQV  n i 1 -1  4, 46.10 h ; n λ λ tb.HS  i1 i1 μ i Ph (t) = e  1, 5 t (15) + Hàm xác suất hư hỏng (hàm xác suất xuất hư hỏng): Q (t) = - e  1, 5 t (16) Bảng Số liệu thống kê cường độ hư hỏng λ giá trị mức độ phục hồi μ hệ truyền động xe xích cao tốc T-55 Đối tượng LHC Cơ cấu quay vòng phanh dừng Hộp số Tham số Tham số μ Tham số λ Tham số μ Tham số λ Tham số (h-1) (h-1) (h-1) (h-1) μ (h-1) λ (h-1) STT 5,7.10-5 4,5.10-1 4,1.10-6 3,4.10-1 5,2.10-5 4,5.10-1 5,5.10-5 4,6.10-1 4,3.10-6 3,6.10-1 5,3.10-5 4,7.10-1 -5 5,6.10 4,4.10 -1 -6 -1 -5 4,6.10-1 5,5.10-5 5,8.10-5 4,4.10 3,3.10 5,1.10 4,5.10-1 4,5.10-6 3,2.10-1 5,5.10-5 4,8.10-1 4,3 10-1 4,2.10-6 3,5.10-1 5,4.10-5 4,9.10-1 Từ phương trình hàm độ tin cậy hệ thống (15) hàm xác suất xuất hư hỏng (16) hệ thống ta xây dựng được đồ thị mô tả quy luật biến đổi độ tin cậy xác suất xuất hư hỏng hệ thống truyền động xe xích cao tốc T-55 theo thời gian sử dụng hình  3,4.10 1 h-1; i1 n n i  5,3.10 5 , μ tb.CCQV  n Ứng với hệ (9) ta có: t t μ i i1 n  4,7.10 1 h-1 t   λ1(t)dt  λ2 (t)dt  λ3 (t)dt n 5 P  t  P  t   P(t)P (t)P (t)  e 0 e e  e11,35.10 t  h i  i1  t t t   λ1(t)dt  λ2 (t)dt  λ3 (t)dt 5 0 Q(t) 1Ph  t  1 e e e  1 e11,35.10 t  n  5 1 λ  λi (t)  λ1  λ2  λ3 11,35.10 h i1  1    8810,57h Ttb  n 11,35.105 λ (t)   i i1  n   (14) λi (t) λ1(t)  λ2(t)  λ3(t) 11,35.105h1 γ(t)  4    0,9.10 n    μ (t)  μ (t)  μ (t) 12,56.10 h  1 μi (t)     n  1 1 μ(t)  μi  μ1  μ3  μ3  12,56.10 h i1  K    0,9999 n  ss 1 0,9.104 1 γi  i1  Trong hệ (14) có hai thành phần: + Hàm xác suất làm việc không hỏng hệ thống (hàm tin cậy hệ thống) 76 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Tập 58 - Số (10/2022) Hình Đồ thị độ tin cậy xác suất xuất hư hỏng hệ thống truyền động xe xích cao tốc T-55 Nhận xét: Từ đồ thị hình ta thấy, độ tin cậy Ph(t) hệ thống giảm dần theo thời gian sử dụng, đồ thị hàm xác suất hư hỏng Qh(t) có quy luật ngược lại, tức xác suất xuất hư hỏng hệ thống tăng dần theo thời gian Đặc tính đường cong phạm vi nghiên cứu giả thiết tuân theo quy luật khai thác thông thường Trong thực tế tùy thuộc vào chi phí đầu tư đặc tính đường cong thay đổi, chẳng hạn tình trạng kỹ thuật phần tử hệ thống biến xấu việc khắc phục tiến hành cách sửa chữa thay hoạt động sửa chữa thông thường, tức tác động để thay đổi giá trị λ μ tính chất đường cong hàm tin cậy xác suất xuất hư hỏng thay đổi, hướng phát triển nghiên cứu Website: https://jst-haui.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Việc nghiên cứu đánh giá độ tin cậy hệ thống kỹ thuật có ý nghĩa quan trọng, giúp đánh giá tình trạng kỹ thuật đối tượng, làm sở để tiến hành bước nghiên cứu nhằm đưa dự báo hệ số dự trữ kỹ thuật, sở đề xuất kế hoạch khai thác trang bị kỹ thuật ngành xe máy đạt hiệu Báo cáo trình bày trình tự đánh giá độ tin cậy đối tượng kỹ thuật có phần tử lắp nối tiếp, phạm vi báo cáo hệ thống truyền động xe xích cao tốc T-55 gồm ba phần tử lắp nối tiếp với gồm ly hợp chính, hộp số, cấu quay vịng phanh dừng với liệu giả định thu thập đơn vị sử dụng Cần bỏ công thống kê để thu thập liệu đơn vị sử dụng sửa chữa Tiến hành thu thập, thống kê liệu cách tỷ mỉ, xác độ xác kết khảo sát phụ thuộc vào độ xác liệu thu thập Với hệ truyền động hệ thống truyền lực xe ô tô hai cầu, ba cầu, xe ủi, xe cẩu hồn tồn vận dụng để đánh giá độ tin cậy chúng hệ truyền động đối tượng có kết cấu nguyên lý hoạt động tương tự, hệ truyền động có phần tử lắp nối tiếp Website: https://jst-haui.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyen Tien Khuong, 2020 Ung dung mo hinh Markov nghien cuu danh gia tin cay cua he thong truyen luc xe tang Master thesis, Military Technology Academy [2] NY Yahyaev, AV Koroblin, 2009 Fundamentals of reliability theory and diagnostics Moscow - 253 pages [3] Trukhanov V.M., 1999 Reliability in engineering M.: Mashinostroenie 598 pages [4] Malikov I M., Polovko A M., Romanov N A., Chukreev P A., 1986 Fundamentals of the theory and calculation of reliability L.: Sudpromgiz, 250 pp [5] Malikov I M., Polovko A M., Romanov N A., Chukreev P A 1960 Fundamentals of the theory and calculation of reliability Ed 2nd, add L : Sudpromgiz, 144 pages [6] Polovko A M., Gurov S V., 2006 Fundamentals of the theory of reliability St Petersburg: BHV Petersburg, - 702 pages AUTHOR INFORMATION Nguyen The Manh Le Quy Don Technical University Vol 58 - No (Oct 2022) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 77 ... NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Như đánh giá độ tin cậy hệ truyền động thơng qua số trình bày hệ (13) có khâu lắp nối tiếp, ví dụ hệ thống truyền lực loại xe hai cầu, ba cầu, hệ thống truyền. .. ủi, xe cẩu hồn tồn vận dụng để đánh giá độ tin cậy chúng hệ truyền động đối tượng có kết cấu nguyên lý hoạt động tương tự, hệ truyền động có phần tử lắp nối tiếp Website: https://jst-haui.vn TÀI... biểu thức áp dụng cho hệ thống truyền động gồm n phần tử lắp nối tiếp với Như ta tổng hợp lại, với hệ truyền động thông thường gồm phần tử lắp nối tiếp ta có: t t n 2.7 Hệ số sẵn sàng [2, 4]: