Оценка надежности токарно-винторезного станка марки 1К62 ЗАО «Авиакомпания «Ангара»

Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

Допускаю к защите

Руководитель __________

____________________

Зв. Кафедры ПЭ и БЖД С.С.Тимофеева

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Надежность технических систем и техногенный риск»

на тему

«Оценка надежности токарно-винторезного станка марки 1К62 ЗАО «Авиакомпания «Ангара»»

Выполнила студентка группы БТПб -11-1_____________ Р.А.Демидова

Нормоконтроль ______________ С.С.Тимофеева

Курсовая работа защищена с оценкой ____________________________

Иркутск 2014 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

По курсу: Надежность технических систем и техногенный риск

Студенту: Демидовой Р. А., гр. БТПб-11

Тема курсовой работы: Оценка надежности токарно-винторезного станка марки 1К62 ЗАО «Авиакомпания «Ангара»»

Исходные данные:

Место расположение установки: – г. Иркутск, ул. Ширямова 9.

Рекомендуемая литература:

  1. Тимофеева С.С. Надежность технических систем и техногенный риск. Учебное пособие. – Иркутск. : Изд-во ИрГТУ, – 2003. – 290 с.
  2. Тимофеева С.С. Основы теории риска / Е.А. Хамидуллина. . – Иркутск. : Изд-во ИрГТУ, – 2014. – 91 с.

Дата выдачи задания « » _________ 20__ г.

Дата представления проекта руководителю « » _________ 20__ г.

Руководитель курсовой работы: ___________________С.С.Тимофеева

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………...……..……4

  1. Основные характеристики надежности технических систем.............5
    1. Основные понятия теории надежности…………………………........6
    2. Показатели надежности………………………………………………..7
  2. Характеристика объекта исследования ЗАО «Авиакомпания «Ангара» ……………………………………………………………………………9
    1. Характеристика организации …………………………………………9
    2. Обслуживание авиационной техники на ЗАО «Авиакомпания «Ангара»…………………………………………………………………………….11

3 Устройство и токарно-винторезного станка марки 1К62………………………………………………………………………………….13

4 Расчет «дерева отказов» токарно-винторезного станка марки 1К62…………………………………………………………………………………15

  1. Выход из строя электрооборудования………………………………….15

4.2Выход из строя гидрооборудования…………………………………….16

4.3Выход из строя механической части…………………………..……….16

4.4Функциональный отказ…………………………………………………17

5 Анализ надежности методом «дерева событий»………………………..19

5.1 Расчет выхода системы электрооборудования (короткое замыкание) методом «дерева событий» на примере токарно - винторезного станка 1К62………………………………………………………………………………….20

5.2 Расчет выход системы гидравлического оборудования методом «дерева событий» на примере токарно - винторезного станка 1К62…………...22

6 Комплексная оценка риска профессиональной деятельности авиатехника по планеру и двигателям на ЗАО «Авиакомпания «Ангара»........24

Заключение……………………………………………..……………………31

Список использованных источников……………………………………….32

Приложение 1……………………………………………………….….........33

ВВЕДЕНИЕ

Надежность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002—89).

Надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Она тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле — комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.

Основные факторы, определившие главное направление в развитии науки надежности: увеличивающаяся сложность технических устройств; возрастающая ответственность функций, которые выполняют технические устройства; повышение требований к качеству изделий и условиям их работы; возросшая роль автоматизации, которая сокращает возможность непрерывного наблюдения за состоянием устройства. Технические средства и условия их работы становятся всё более сложными. Количество элементов в отдельных видах устройств исчисляется сотнями тысяч. Если не принимать специальных мер по обеспечению надежности, то любое современное сложное устройство практически будет неработоспособным.[2]

Авиационный транспорт – наиболее динамично развивающаяся отрасль мирового транспорта, которая играет важную роль в перевозках пассажиров, ценных и скоропортящихся грузов на дальние расстояния и обеспечении сообщения с труднодоступными регионами.

Авиационно-технический комплекс «Авиакомпании «Ангара» выполняет техническое обеспечение и текущий ремонт воздушных судов, капитальный ремонт авиационных агрегатов, в том числе воздушных винтов АВ-72 и АВ-72Т, оказывает услуги по выполнению переоборудования, окрасочных работ, по продлению всех видов ресурсов и сроков службы самолетов семейства «Антонов» и вертолетов МИ-8.

Целью курсовой работы является оценка надежности и риска технологического процесса авиакомпании. Произвести расчет надежности токарно-винторезного станка марки 1К62.

Основные задачи курсовой работы:

  1. Изучение технологического процесса ЗАО «Авиакомпания «Ангара»;
  2. Рассмотреть технологическое оборудование;
  3. Построение «дерева отказов», оценка возможных видов отказов и расчет надежности токарно-винторезного станка марки 1К62;
  1. Основные характеристики надежности технических систем

Теория надежности — сравнительно молодая научно-техническая дисциплина, формирование которой в современном виде относится к 50-м годам ХХ столетия. Первые шаги в области исследований надежности были вязаны со сбором статистических данных о надежности радиоэлементов, а все усилия специалистов были направлены на определение причин ненадежности. Следующими шагами стали: развитие физической надежности (физики отказов) и развитие математических основ теории надежности, явившихся обязательным атрибутом разработки и проектирования сложных и ответственных технических систем. В этом ракурсе под теорией надежности понимают научную дисциплину, которая изучает закономерности сохранения во времени техническими системами свойства выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов и транспортирования.

Основные вопросы, которые изучает теория надежности: отказы технических элементов (средств, систем); критерии и количественные характеристики надежности; методы анализа и повышения надежности элементов и систем на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации; методы испытания технических средств на надежность; методы оценки эффективности повышения надежности.

В конкретных областях техники разрабатывались и продолжают разрабатываться прикладные вопросы надежности, вопросы обеспечения надежности данной конкретной техники (радиоэлектронные приборы, средства вычислительной техники, транспортные машины, продуктопроводы, химические реакторы и т. д.). При этом решается вопрос о наиболее рациональном использовании общей теории надежности в конкретной области техники и ведется разработка таких новых положений, методов и приемов, которые отражают специфику данного вида техники. Так возникла прикладная теория надежности.

Обеспечение надежности является серьезной задачей для специалиста, эксплуатирующего сложные технические системы, отказ которых может привести к авариям и чрезвычайным происшествиям. Во-первых, он должен рассмотреть последствия каждого отказа. Неучтенные отказы могут стать впоследствии причиной невыполнения производственной программы. Во-вторых, частые отказы или длительные периоды неисправного состояния могут привести к полной потере работоспособности системы и ее непригодности к последующей эксплуатации. Третий аспект надежности связан с безопасностью для людей и окружающей среды.

Очевидно, без знания основных вопросов математической теории надежности невозможно реализовать наилучшие условия проектирования технических систем и решить задачи безопасности при эксплуатации.

Рассмотрение вопросов теории надежности ограничивается рассмотрением понятий, законов распределения отказов, способов резервирования.

  1. Основные понятия теории надежности

Современная теория надежности охватывает широкий круг вопросов, а именно: разработка технических условий и требований, предъявляемых к техническим системам; построение этих систем; организация их эксплуатации, технического обслуживания и ремонта; замена изношенных и др.

Проблемы, охватываемые теорией надежности, условно можно разделить на два взаимосвязанных направления:

  • физические основы надежности (связаны с изучением физико-химических свойств и параметров элементов изделий, происходящих в них физико-химических процессах, приводящих к отказам);
  • математическая теория надежности (основана на изучении статистических, вероятностных закономерностей отказов).

Перспективное направление развития теории надежности определяется сочетанием математических методов с глубоким проникновением в физико-химическую сущность процессов, протекающих в изделии.

Термины надежности стандартизованы согласно ГОСТу 27.002-85. надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Надежность – сложный показатель, который может включать в себя такие свойства, как:

· безотказность (свойство непрерывно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния в течение некоторой наработки);

· долговечность (свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта);

· ремонтопригодность (свойство в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания);

· сохраняемость (свойство объекта непрерывно сохранять показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортировки).

Для конкретных объектов и условий эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость. Например, для сигнальных лампочек, предохранителей надежность определяется их безотказностью; для ремонтируемых объектов (таких как металлорежущие станки, бытовые стиральные машины, автомобили) важнейшими свойствами являются долговечность, ремонтопригодность.[2]

  1. Показатели надежности

Для решения практических вопросов необходимы показатели, характеризующие степень надежности оборудования с количественной стороны. Эти количественные характеристики и называются показателями надежности.

Показатели надежности (Таблица 1.2.1) рассматриваются при государственной аттестации качества продукции. Наличие их позволяет производить инженерные расчеты надежности, устанавливать обоснованные технические требования к надежности проектируемых изделий, делать сравнительную оценку изделий по их надежности и принимать основные решения при организации технического обслуживания и ремонта в системе ППР.

По ГОСТу 27.002.-83 и 23.642-79 все показатели надежности делят на два вида: единичные и комплексные. Единичные – количественно характеризуют только одно из свойств надежности: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и т.д. Комплексные показатели одновременно характеризуют несколько свойств надежности, например, безотказность и ремонтопригодность объекта и т.д. Показатели надежности приведены в таблице 1.

Таблица 1.2.1 - Основные показатели надежности

Наименование

Обозначение

Вероятность безотказной работы

P(t)

Средняя наработка до отказа

T1

Интенсивность отказов

l(t)

Параметр потока отказов

w(t)

Наработка на отказ

T0

Установленная наработка на отказ

to.y.

Вероятность восстановления

F(tв)

Среднее время восстановления

 

Вероятность безотказной работы P(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.

Средняя наработка до отказа Т1 – математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.

Интенсивность отказов l(t) – условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.

Параметр потока отказов w(t) – отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки.

Наработка на отказ Т0 – отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Установленная наработка до отказа tо.у. – наработка до установленных в технической документации видов отказов, которую должен иметь каждый объект при заданных условиях эксплуатации.

Вероятность восстановления Р(tв) – вероятность того, что время восстановления работоспособности объекта не превысит заданного.

Среднее время восстановления  – математическое ожидание времени восстановления работоспособности (собственно ремонта).

Внезапные отказы в период нормальной эксплуатации определяются случайными неблагоприятными сочетаниями большого количества факторов. Случайность связана с тем, что причины события для нас являются скрытыми. Поэтому надежность необходимо рассматривать в вероятностном аспекте.[3]


  1. Характеристика объекта исследования (ЗАО «Авиакомпания «Ангара»)

2.1 Характеристика организации

ЗАО «Авиакомпания «Ангара» находится по адресу: г. Иркутск, ул. Ширямова 9.

Авиакомпания «Ангара» - один из основных авиаперевозчиков на местных авиалиниях в Восточной Сибири. Авиакомпания выполняет регулярные пассажирские рейсы на самолетах Ан-24 и Ан-26-100 по Иркутской области и другим регионам Сибирского федерального округа, а также чартерные рейсы по России. В месяц осуществляется порядка 130 рейсов по следующим направлениям: Иркутск, Новосибирск, Горно-Алтайск, Нижневартовск, Ханты-Мансийск, Ноябрьск, Новый-Уренгой, Надым, Чита, Чара, Ленск, Сургут, Усть-Кут, Ербогачен, Мама, Киренск, Бодайбо, Олёкминск.

Авиационно-технический комплекс (рис 2.1.1) авиакомпании выполняет техническое обеспечение и текущий ремонт воздушных судов, капитальный ремонт авиационных агрегатов, в том числе воздушных винтов АВ-72 и АВ-72Т, оказывает услуги по выполнению переоборудования, окрасочных работ, по продлению всех видов ресурсов и сроков службы самолетов семейства «Антонов» и вертолетов МИ-8.

 Авиакомпания «Ангара» выполняет следующие виды авиационных работ на вертолётах Ми-8: 

Транспортные работы; 

Поисково-спасательные работы, санитарная авиация; 

Строительно-монтажные работы; 

Туристические полеты.

Численность ОАО «Авиакомпания «Ангара» 665 человек, из них женщин: 152 (в декретном отпуске-5).

Летный состав – 163 человека, из них: пилоты – 116, штурманы – 9, бортмеханики – 38, бортоператоры – 3,бортпроводники – 37.

Инженерный состав – 87 человек, из них: по планеру и двигателям - 24, по А и РЭО – 21, инженеры (ПДО) - 5, ведущие инженеры -16, руководители (АТК) – 21.

Авиатехники – 138 человек, из них: по планеру и двигателям – 71, по приборам и электрооборудованию – 40, по радиооборудованию – 24, по ГСМ – 2.

Организационная структура ЗАО Авиакомпания «Ангара»

2.2 Обслуживание авиационной техники на ЗАО «Авиакомпания «Ангара»

Обслуживание авиационной техники (АТ) на ЗАО «Авиакомпания «Ангара» происходит в цехе текущего ремонта АТ и обновления интерьеров ВС (воздушного судна). Здесь происходит ремонт и капитальный ремонт, а также эксплуатация авиационной техники.

Основной технической единицей при техническом обеспечении АТ является токарно-винторезный станок марки 1К62. При работе на токарном станке выполняют работу по механообработке заготовок резанием, при котором достигается требуемая форма и размеры детали путем снятия с нее определенного числа слоев материала.

Чаще всего с помощью них выполняется токарная обработка деталей типа тел вращения, это не мешает обрабатывать практически любые поверхности: цилиндрические и конические, торцевые и фасонные, внутренние и наружные. Токарные работы по металлу могут также производиться для отрезания заготовки, вытачивания пазов, канавок и нарезания резьбы.


3 Устройство и токарно-винторезного станка марки 1К62

Станок универсальный токарно-винторезный модели 1К62и(рис 3.1) предназначен для выполнения самых разнообразных токарных работ, в том числе для нарезания резьб: метрической, дюймовой, модульной, питчевой и архимедовой спирали с шагом 3/8", 7/16"; 8; 10 и 12 мм. Условия эксплуатации —УХЛ-4 по ГОСТ 15150—69.

Токарно-винторезный станок 1К62 может использоваться для обработки закаленных заготовок, так как шпиндель станка установлен на специальных подшипниках, обеспечивающих его жесткость. Токарная обработка разнообразных материалов может производиться с ударной нагрузкой без изменения точности обработки.

Высокая мощность главного привода станка, большая жесткость и прочность всех звеньев кинематических цепей главного движения и подач, виброустойчивость, широкий диапазон скоростей и подач позволяют выполнять на токарно-винторезном станке 1К62 высокопроизводительное резание твердосплавным и минералокерамическим инструментом.

Станок 1К62 относится к лобовым токарным станкам, т.е. позволяет обрабатывать относительно короткие заготовки большого диаметра.

Конструкция задней балки токарного станка позволяет осуществлять поперечное ее смещение, благодаря чему на станке может осуществляться обработка пологих конусов. Есть возможность соединения задней балки и нижней частью суппорта с помощью специального замка, что иногда требуется при сверлении задней балкой и использовании механического перемещения балки от суппорта.

На токарный станок 1К62, могут устанавливаться следующие люнеты: подвижный, диаметр установки которого 20-80мм, и неподвижный, его диаметр установки 20-130мм.

Зубчатые колеса, служащие для передачи движения от передней бабки к коробке передач, на станке 1К62 являются сменными.

Продольное перемещение каретки станка 1К62 может быть ограничено специальным упором, устанавливаемым на передней полке станины. Таким образом, при установленном упоре, скорость движения суппорта не может превышать 250мм/мин.

Максимальный диаметр заготовки при установке над станиной – 400мм. Максимальный диаметр прутка, который возможно обработать на токарном станке 1К62 – 45мм. Станок 1К62 имеет 23 скорости вращения шпинделя (минимальная – 12,5 об/мин, максимальная – 2000 об/мин).

В качестве главного привода применен короткозамкнутый асинхронный двигатель, мощность которого 10кВт при скорости 1450 об/мин. Регулировка скорости вращения шпинделя, а так же величин продольной и поперечной передачи суппорта осуществляется благодаря переключению шестерней коробки скоростей (для регулировки скорости шпинделя и подач суппорта используются разные рукояти управления).

Для обеспечения быстрого перемещения суппорта в токарно-винторезном станке 1К62 используется дополнительный асинхронный двигатель. Его мощность 1,0кВт при скорости вращения 1410 об/мин.

Токарный станок 1К62 оснащен тепловыми реле, которые осуществляют защиту двигателей от длительных перегрузок, а также плавкими предохранителями, которые являются защитой от коротких замыканий.

Особенности конструкции токарного станка 1К62 (он отличается надежностью, прочностью, виброустойчивостью, оснащен главным приводом высокой мощности), позволяют в равной степени использовать станок, как для скоростного, так и для силового резания.

В конструкции токарного станка 1К62 для установки шпинделя предусмотрены специальные подшипники, благодаря чему обеспечиваются требуемая жесткость и высокая точность обработки заготовок. По ГОСТу 8-82 токарный станок 1К62 относится к классу точности Н. Точность обработки будет обеспечена даже в режиме ударных нагрузок.

Токарный станок 1К62, благодаря отличному сочетанию качества и надежности работы, а также неприхотливости при обслуживании, является одним из самых популярных на мелкосерийном и единичном производствах.

На токарном станке может использоваться трехкулачковый самоцентрирующий патрон диаметром 250мм или четырехкулачковый патрон, диаметр которого 400мм.

Токарно-винторезный станок 1К62 отличает превосходное сочетание качества работы и неприхотливость в обслуживании.

Рисунок 3.1 - Общий вид токарно-винторезного станка модели 1К62:1 - неподвижная передняя бабка, 2 - подвижная и закрепляемая в рабочем положении задняя бабка; 3- подвижный в работе суппорт

4 Расчет «дерева отказов» токарно-винторезного станка марки 1К62

Дерево отказов или дерево аварий представляет собой сложную графическую структуру, лежащую в основе словесно – графического способа анализа возникновения аварии из последовательностей и комбинаций неисправностей и отказов элементов системы.

С помощью анализа дерева отказов фактически делается попытка количественно выразить риск дедуктивным методом. Деревья отказов идентифицируют событие или ситуацию, создающие риск.

Рассмотрим метод «дерева отказов» на примере токарно-винторезного станка марки 1К62.

«Дерево отказов станка» представлено в Приложении 1.

Расчет надежности оборудования, построение матрицы отказов

Произведем анализ вероятности отказа токарно-винторезного станка марки 1К62.

Отказ буровой установки может произойти из-за функционального отказа, явившегося следствием внезапных отказов систем, деталей или из-за параметрического, который произойдет, когда будет исчерпана технологическая надежность.

За время безотказной работы t примем время безотказной работы станка t=8760 часов. Интенсивность безотказной работы для каждого элемента берется из справочных данных.

Расчет производим по формуле для экспоненциального распределения вероятностей безотказной работы:

(4.1)

  1. Выход из строя электрооборудования

1.1.1.1 Отказ электродвигателя

1.1.1.1.1Отказ в обмотке (частый отказ)

1.1.1.1.2 Отказ электродвигателя в пуске (редкое)

1.1.1.1.3 Обрыв кабеля(частое)

1.1.1.2 Отказ концевого выключателя (частое)

1.1.1.3 Короткое замыкание кабеля на землю(частое)

1.1.1.4. Отказ в разрыве предохранителя(частое)

1.1.1.5 Короткое замыкание на корпус (частое)

  1. Выход из строя гидрооборудования

1.1.2.1. Отказ насоса в пуске (редкое)

1.1.2.3.1 Отказ предохранительного клапана (частое)

1.1.2.3.2 Утечка маслопровода (частое)

1.1.2.3 Поломка маслопровода (частое)

1.1.2.4 Отказ дросселя разрыв (частое)

1.1.2.5 Отказ обратного клапана не срабатывание (частое)

  1. Выход из строя механической части

1.1.3.1. Отказ в расцеплении муфты головного двигателя(частое)

1.1.3.2 Отказ муфты первого вала коробки скоростей (частое)

1.1.3.3.1 Отказ шестерен коробки подач (частое)

1.1.3.3.2 Отказ в срабатывании муфты сцепления шестерен коробки подач (редкое)

1.1.3.. Заедание шестерен (частое)

1.1.3.4 Отказ зубчатых колес коробки скоростей (частое)

1.1.3.5 Отказ ограничителя передвижных зубчатых колес коробки скоростей (частое)

1.1.3.6 Поломка пружины клапана в работе (частое)

  1. Функциональный отказ

Вероятность безотказной работы

- частый отказ станка

Матричная форма анализа видов и последствий отказов позволяет визуализировать весь процесс анализа и представить его в наглядном виде. Для упрощения анализа предложены количественные оценки частоты появления отказов в таблице 3.1

Таблица 4.4.1 - Количественные оценки частоты появления отказов

Ожидаемое наступление отказа

Ассоциируемая вероятность

наступления отказа Р

Частое

Р > 0,2

Вероятное

0,1 < Р <0,2

Редкое

0,01<Р<0,1

Очень редкое

0,001 < Р < 0,01

Невероятное

Р < 0,001

Полученные результаты запишем таблицу 4.4.2

Таблица 4.4.2 - Сводная таблица вероятности и ожидаемого наступления отказа

Событие

Р (t) = exp(-t)

Q=1-P(t)

Ожидаемое наступление отказа

1.

0,8507

0,1493

вероятный

1.2.

0,8507

0,1493

вероятный

1.1.1.

0,9712

0,0288

редкое

1.1.2.

0,6894

0,3106

частое

1.1.3.

0,8917

0,1083

вероятный

1.1.1.1.

0,0735

0,9265

частое

1.1.11.2.

0,9742

0,0258

редкое

1.1.1.1.3

0,997

0,003

очень редкое

1.1.1.4.

0,9166

0,0834

редкое

1.1.1.5.

0,997

0,003

очень редкое

1.1.2.1.

0,0735

0,9265

частое

1.1.2.2.

0,999

0,001

очень редкое

1.1.2.3.

0,9568

0,0432

редкое

1.1.2.3.1

0,9166

0,0834

Редкое

1.1.2.3.2

0,997

0,003

очень редкое

1.1.2.4.

0,999

0,001

очень редкое

Продолжение таблицы 4.4.2

1.1.2.5.

0,4189

0,5811

частое

1.1.3.1.

0,997

0,003

очень редкое

1.1.3.2.

0,9742

0,0258

редкое

1.1.3.3.

0,5362

0,4638

частое

1.1.3.3.1

0,9989

0,0011

очень редкое

1.1.3.3.2

0,0735

0,9265

частое

1.1.3.4

0,9812

0,0188

редкое

1.1.3.5

0,970

0,03

редкое

Таблица 4.4.3 - Матрица токарно-винторезного станка 1К62

Ожидаемая частота отказов

Тяжесть (значимость) отказа, категория

I

II

III

IV

Частный

А

А

А

D

Вероятный

D

D

D

D

Редкий

А

В

В

D

Очень редкий

D

D

D

D

Невероятный

D

D

D

D

По степени тяжести конечных последствий отказа подразделяются на четыре категории:

I – катастрофический отказ;

II – существенный отказ, приводящий к невыполнению объектом своих функций;

III – промежуточный (маргинальный) отказ, приводящий к экономическим потерям;

IV – несущественный (незначительный) отказ, который не относится к перечисленным выше категориям.

Причины отказов делятся на четыре группы:

А – подлежат безусловному устранению при проектировании путем изменения конструкции, увеличению соответствующих запасов прочности, устойчивости и т.п.;

В и С - требуют дальнейшего анализа, должны быть уточнены механизмы отказов, характер деградационных процессов и другие факторы, важные для более полного описания отказа;

D – не требуют дополнительного анализа.[1]

Матричная форма отказов элементов бурового станка позволяет наглядно проанализировать виды и последствия отказов. Из таблицы 3.3 видно, что существенно на буровой станок может повлиять выход из строя гидрооборудования и электрооборудования.

Проведем анализ критичности отказов по бальной оценки для более наглядного представления, расчетов вероятности отказов, представим в виде таблице. Результаты оценки представим в таблице 4.4.4.

Таблица 4.4.4. – Бальная оценка критичности элементов

Элемент

В1

В2

В3

С

Очень редкий

Редкий

Возможный

Частый

Очень частый

Кабель

1

8

3

24

Маслопровод

2

2

8

32

Муфта сцепления

7

4

5

140

Клапан

4

3

3

36

Коробка передач

2

6

5

60

Выделение наиболее значимых отказов осуществляется путем сравнения критичности i-го отказа Сi, с некоторым предельным значением Скр. Если Сi Скр i-й отказ признается значимым подлежит обязательному устранению. Если С0 Сi Скр, то необходимы корректирующие меры для уменьшения критичности. Отказы для которых Сi С0, признаются незначительными и не требуют разработки дополнительных мер. Скр предполагается принимать 125 как произведение средних оценок произведений Вj.

Проведем анализ по приведенным критичностям:

- кабель 24 < 58,4 незначительный, отказ не требует разработки дополнительных мер;

- маслопровод 32 < 58,4 незначительный, отказ не требует разработки дополнительных мер;

- муфта сцепления 140 < 125 значительный, отказ подлежит обязательному устранению;

- клапан 36 < 58,4 незначительный, отказ не требует разработки дополнительных мер;

- коробка передач 58,4 < 60 < необходимы корректирующие меры для уменьшения критичности.

Из этого можно сказать что самыми критичными элементами будут коробка передач и муфта сцепления.


5 Анализ надежности методом «дерева событий»

Анализ деревьев событий (АДС) (Event Tree Analysis - ETA) - алгоритм построения последовательности событий, исходящих из инициирующего события (аварийной ситуации). Метод используется для анализа развития аварийной ситуации. Частота каждого сценария развития аварийной ситуации рассчитывается путем умножения частоты основного события на условную вероятность конечного события (например, аварии с разгерметизацией, с воспламенением). Результатом оценки риска является перечень исходов для каждого рассматриваемого случая; при этом рассчитываются частота и последствия; т.е. величины ожидаемых последствий.

Методы деревьев отказов и событий являются трудоемкими и применяются, как правило, для анализа проектов или модернизации сложных технических систем и производств.

Анализ дерева событий может дать ответ на вопрос: какие аварийные ситуации могут возникнуть и какие вероятности этих событий?

Последовательности потенциальных событий определяются начиная с исходного (инициирующего) события и последующего анализа прочих событий, вплоть до того момента, когда авария либо происходит, либо предотвращается.

Полную картину риска дает анализ всех возможных последствий.

Дерево событий рисуется слева направо и начинается с инициирующего события.

Этим инициирующим событием является любое событие, которое может привести к отказу какой-либо системы или компонента.

В дереве событий инициирующие события связаны со всеми другими возможными событиями — ветвями, а каждый сценарий представляет собой путь развития аварии от инициирующего события к результирующему событию, состоящий из набора таких разветвлений. Ветви характеризуют возможные сценарии причинения ущерба человеку или окружающей среде при нежелательном воздействии на них потоков энергии и вещества, высвобождающихся в результате происшествия.

Определив все инициирующие события и организовав их в логическую последовательность, можно получить большое число потенциальных сценариев аварии. С помощью анализа дерева событий можно определить пути развития аварии, которые вносят наибольший вклад в риск из-за их высокой вероятности или потенциального ущерба.

Методология дерева событий дает возможность:

  • описать сценарии аварий с различными последствиями от различных исходных событий;
  • определить взаимосвязь отказов систем с последствиями аварии;
  • сократить первоначальный набор потенциальных аварий и ограничить его лишь логически значимыми авариями;
  • идентифицировать верхние события для анализа дерева отказов.

Анализ ветвей и путей развития аварии позволяет вносить изменения в конструкцию или эксплуатационные процедуры с учетом этих путей, обусловливающих наибольший вклад в суммарный риск.

5.1 Расчет выхода системы электрооборудования (короткое замыкание) методом «дерева событий» на примере токарно - винторезного станка 1К62

На рисунке 5.1 показано дерево событий выхода из строя электрооборудования (короткое замыкание) на примере на примере токарно - винторезного станка 1К62

Возгорание проводки

Начало пожара

Включается автоматическая пожарная сигнализация

Результ. событие

Да

0,999

Да

0,99

Да

Нет

Короткое 0,8 0,001

замыкание 0,87

Нет

0,01

Нет

0,2

Рисунок 5.1.1 - Дерево событий на примере выхода из строя электрооборудования токарно - винторезного станка 1К62 (короткое замыкание)

Вероятность событий результатов рассчитывается следующей формулой:

, (5.1)

где Р – вероятность событий.

В таблице 6 отображены вероятности событий и их результаты.

Таблица 5.1.1 - Вероятности событий и их результаты

Результаты

Вероятность событий (Р)

1 – контролируемый пожар с сигналом тревоги

0.688

2 – неконтролируемый пожар без сигнала тревоги

0.0006

3 – нет пожара (аварийная остановка в работе)

0,007

4 – аварийная остановка

0.174

Исходя из полученных данных следует, что наибольшая вероятность событий при выходе из строя электрооборудования (короткого замыкания) в токарно - винторезном станке 1К62 будет контролируемый пожар с сигналом тревоги.

Наименьшая вероятность событий при выходе из строя электрооборудования – неконтролируемый пожар без сигнала тревоги.

Мероприятия по снижению вероятности отказов станка:

- проверка оборудования перед началом работы;

- выполнение ПБ;

- эксплуатация оборудования в соответствии с паспортом.


5.2 Расчет выход системы гидравлического оборудования методом «дерева событий» на примере токарно - винторезного станка 1К62

На рисунке 5.2.2 показано дерево событий выхода из строя двигателя токарно - винторезного станка 1К62.

Двигатель не работает после включения

По цепи течет слишком большой ток

Предохранитель сработал своевременно

Результ. событие

Да

Да 0,98

0,999

Да

0,7 Нет

Отказ 0,2

двигателя

0,85 Нет

0,01

Нет

0,3

Рисунок 5.2.2 - Дерево событий выхода из строя двигателя токарно - винторезного станка 1К62

В таблице 5.2.1 отображены вероятности событий и их результаты.

Таблица 5.2.1 - Вероятности событий и их результаты

Результаты

Вероятность событий (Р)

1 – прекращение работы двигателя (аварийная остановка)

0.582

2 – остановка двигателя (короткое замыкание)

0.118

3 – аварийная остановка

0.059

4 – работа станка в обычном режиме

0.255

Исходя из полученных данных следует, что наибольшая вероятность событий при выходе из строя двигателя в токарно - винторезном станке 1К62 будет прекращение работы двигателя (аварийная остановка).

Наименьшая вероятность событий при выходе из строя двигателя будет аварийная остановка вследствие того, что по цепи течет слишком большой ток.

Мероприятия по снижению вероятности отказов станка:

- проверка оборудования перед началом работы;

- выполнение ПБ;

- эксплуатация оборудования в соответствии с паспортом.


6 Комплексная оценка риска профессиональной деятельности авиатехника по планеру и двигателям на ЗАО «Авиакомпания «Ангара»

Цель работы: оценить комплексный риск повреждения здоровья работника (авиатехника по планеру и двигателям) от всех факторов, связанных с его профессиональной деятельностью на ЗАО «Авиакомпания «Ангара».

Теоретические положения

Профессиональный риск – это вероятность причинения вреда здоровью в результате воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов при исполнении работником обязанностей по трудовому договору или в иных случаях, установленных настоящим Кодексом, другими федеральными законами (Трудовой Кодекс РФ, ст.209).

Риск профессиональной деятельности можно разделить на смертельный и несмертельный. И тот и другой может быть обусловлен воздействием как опасных, так и вредных производственных факторов.

Риск повреждения здоровья опасными факторами (риск травматизма)

Воздействие на человека опасных производственных факторов приводит к травмам разной степени тяжести, вплоть до смертельного исхода. В общем виде количественно индивидуальный риск (погиб./год) выражается отношением числа погибших (П) или пострадавших людей к общему числу рискующих (Р) за определенный период времени.

, (6.1)

Индивидуальный риск работников от опасностей, связанных с работой, можно выразить через коэффициент частоты травматизма (смертельного травматизма).

Коэффициент частоты смертельного травматизма () – это среднее число погибших от травм, приходящееся на 1000 работающих (чел.), за определенный период времени (год).

, (6.2)

где Тс – число погибших в отчетном периоде времени (погиб./год); Р – среднесписочная численность работающих (чел.) за отчетный период (чел./год).

Коэффициент частоты травматизма (Кч) – это среднее число травм (травмированных), приходящееся на 1000 работающих (чел.), за определенный период времени (год).

, (6.3)

где Т – число травм, включая острые отравления в отчетном периоде времени (год) с потерей трудоспособности на один и более дней (случаев/год); Р – среднесписочная численность работающих за отчетный период (чел./год)

Коэффициент тяжести травматизма (Кт) – это средняя тяжесть одного случая травматизма, выражающаяся в днях нетрудоспособности у пострадавших за определенный период времени (год).

, (6.4)

где Д – общее число дней временной нетрудоспособности у пострадавших от несчастных случаев с потерей трудоспособности на один и более дней за отчетный период времени (дней/год); Т – общее количество несчастных случаев за тот же период времени (постр./год).

Чтобы количественно определить величину риска, связанного с не смертельным травматизмом необходимо знать все возможные последствия какого-нибудь отдельного события и вероятность самих последствий. Под последствиями в риске травматизма понимается количество дней нетрудоспособности.

Таким образом, риск не смертельного травматизма за определенный период времени можно выразить через коэффициент потерь (), который выражается в дней/чел.

, (6.5)

Коэффициент частоты заболеваний - это среднее число заболеваний, приходящееся на 10 000 работающих (чел.), за определенный (отчетный) период времени (год).

(6.6)

где Тз – число случаев заболеваний в отчетном периоде (случаев/год).

Коэффициент тяжести заболеваний – это средняя тяжесть одного заболевания, выражающаяся в днях нетрудоспособности (дни) из-за заболеваний, за определенный (отчетный) период времени (год).

(6.7)

где – общее число дней временной нетрудоспособности у заболевших за отчетный период времени (дней/год); – общее количество заболевших за тот же период времени (постр./год).

Коэффициент общей заболеваемости – показатель, характеризующий уровень профессиональной заболеваемости. Данный показатель не используется официальными надзорными органами и введен в данной работе для возможности сравнения показателей риска между собой по аналогии с риском несмертельного травматизма за определенный период времени (год).

, (6.8)

где – общее число дней временной нетрудоспособности у заболевших за отчетный период времени (дней/год); – среднесписочная численность работающих за отчетный период (чел./год).

Из представленных формул видно, что риски не смертельного травматизма и профзаболеваемости выражаются в одинаковых единицах и могут сравниваться между собой.

Но необходимо принимать во внимание то, что профзаболевания с временной потерей трудоспособности и с постоянной (инвалидность) имеют различную сущность по величине потери трудоспособности и явным образом сравниваться не могут. Сделаем это с помощью индекса профессиональной заболеваемости.

Индекс профессиональной заболеваемости — это относительная вероятность возникновения случая профессионального заболевания со стойкой утратой трудоспособности в результате воздействия вредных производственных факторов на работника. Степень влияния вредных производственных факторов на работника определяется условиями труда.

В табл. 6.1 выполнено категорирование риска на основе индекса профзаболеваемости по классам условий труда.

Таблица 6.1 - Классы условий труда, отнесенные к индексу профессиональной заболеваемости

Класс условий труда

Индекс профзаболеваемости

(постр./чел.)

Категория профессионального риска

Оптимальный – 1

0

Риск отсутствует

Допустимый – 2

< 0,05

Пренебрежимо малый (переносимый) риск

Вредный –3.1

0,05 – 0,11

Малый (умеренный) риск

Вредный – 3.2

0,12 – 0,24

Средний (существенный) риск

Вредный – 3.3

0,25 – 0,49

Высокий (непереносимый) риск

Вредный – 3.4

0,5 – 1,0

Очень высокий (непереносимый) риск

Коэффициент частоты профессиональных заболеваний (Кпз) — это среднее число заболеваний со стойкой утратой трудоспособности, приходящееся на 1000 работающих (чел.), зарегистрированных за определенный (отчетный) период времени (год).

, (6.9)

где – число случаев стойкой утраты трудоспособности в отчетном периоде (случаев/год); – среднесписочная численность работающих за отчетный период (чел./год).

Комплексная оценка профессионального риска

Комплексную оценку профессионального риска предлагается определять в единицах потерянной продолжительности жизни или потерянного здоровья с учетом частоты смертельных несчастных случаев, травм, приводящих к временной или постоянной нетрудоспособности, а также заболеваний, связанных с профессиональными условиями. Среднюю потерю ожидаемой продолжительности жизни назовем индексом вреда, и с его помощью будем учитывать общую потерю времени в годах в результате воздействия всех форм профессионального вреда. Оценка этого показателя базируется на обобщении статистических данных о несчастных случаях, травмах и профессиональных заболеваниях за длительный период времени.

Для определения средней потери ожидаемой продолжительности жизни, в первую очередь, обобщаются данные по частоте производственных травм за год или несколько лет для работающих. Травмы обычно группируются по трем видам:

  • смертельные или приводящие к смерти в течение непродолжительного периода времени после несчастного случая;
  • травмы, вызывающие временную нетрудоспособность;
  • несчастные случаи, приводящие к постоянной нетрудоспособности.

Сокращение ожидаемой продолжительности жизни в результате смертельных несчастных случаев на производстве может быть оценено, если имеются данные о возрасте лиц, погибших в результате несчастных случаев, и величине ожидаемой продолжительности предстоящей жизни для этих возрастов.

На основании статистических данных показано, что интенсивность смертности от травм и несчастных случаев, включая бытовые, в России у мужчин достигает максимума приблизительно к 40 годам. Следовательно, среднее значение возраста смерти от несчастного случая можно принять равным 40 лет. По данным ВОЗ, ожидаемая продолжительность жизни для лиц в возрасте 40 лет, определенная в странах с развитой промышленностью, составляет 75 лет. Исходя из этого, показатель средней потери продолжительности жизни для работающих в развитых странах составит около 35 лет. Средняя ожидаемая продолжительность жизни в России, рассчитанная по полученным интенсивностям смертности от различных причин, составляет 65 лет для мужчин. Эту величину можно считать базовой при определении средней потери ожидаемой продолжительности жизни для одного смертельного случая. И, таким образом, для России показатель средней потери продолжительности жизни на одного погибшего может составить более 25 лет/погиб.

Тяжесть несчастных случаев, приводящих к постоянной потере трудоспособности, в разных странах оценивается по-разному и составляет от 10 до 20 лет потери продолжительности трудовой жизни.

Вероятность наступления постоянной потери трудоспособности любой группы определяется на основании данных по результатам специальной оценки условий труда. Среднее ожидаемое время сокращения продолжительности жизни (дней) за каждый год работы во вредных условиях в зависимости от класса вредности условий труда определяется в соответствии с табл. 6.2.

Таблица 6.2 - Среднее время сокращения продолжительности жизни в зависимости от класса условий труда

Класс и степень вредности условий труда

Среднее время сокращения продолжительности жизни (Спж), дней/чел.

1

0

2

менее 0,01

3.1

0,01 – 0,3

3.2

0,3 – 0,8

3.3

0,8 – 3

3.4

3 – 8

4

15

Таким образом, индекс вреда (, год) от всех возможных видов опасности для каждой индивидуальной профессии можно представить в следующем виде:

, (6.10)

где – вред от несчастных случаев со смертельным исходом, включая аварии (год); – вред от травм или профзаболеваний, вызвавших временную нетрудоспособность (год); – вред от заболеваний, вызвавших постоянную нетрудоспособность (год); – среднее время сокращения продолжительности жизни от несчастных случаев со смертельным исходом, включая аварии (год/чел.); – среднее время сокращения продолжительности жизни от травм или профзаболеваний, вызвавших временную нетрудоспособность (год/чел.); – среднее время сокращения продолжительности жизни от профзаболеваний, вызвавших постоянную нетрудоспособность (год/чел.); – количество рискующих (по данной профессии) в год на предприятии или отрасли, по которым оценивались вышеприведенные показатели (чел./год); – время, в течение которого определялись показатели вреда, от года и более (год); – доля времени, затрачиваемая среднестатистическим работником на выполнение производственной деятельности, включая затраты времени на дорогу до места работы.

Исходные данные для расчета : средний стаж работы – 40 лет из 65 лет жизни, 48 недель рабочих из 52 недель в году, 40 часов – затраты на работу в неделю из 160 часов. Следовательно,

Среднее время сокращения продолжительности жизни от несчастных случаев со смертельным исходом (Пст) рассчитаем следующим образом:

, (6.11)

где – индивидуальный риск по формуле (6.1); – коэффициент частоты смертельного травматизма по формуле (6.2).

Среднее время сокращения продолжительности жизни от профзаболеваний, вызвавших постоянную нетрудоспособность, рассчитаем следующим образом:

, (6.12)

где – индекс профзаболеваний (по табл. 1); – среднее время сокращения продолжительности жизни (по табл. 2).

Среднее время сокращения продолжительности жизни от травм или профзаболеваний, вызвавших временную нетрудоспособность, рассчитаем так:

(6.13)

где – коэффициент потерь труда, по формуле (6.5).

Расчет индекса вреда проводится по каждой профессиональной группе работников предприятия на основании данных аттестации рабочих мест по условиям труда, расчетных данных декларирования промышленной безопасности, если такие работы ведутся на опасном производственном объекте, и на основании фактических значений уровня травматизма. При отсутствии опасных факторов аварий и ЧС на рабочих местах работников индивидуальный риск приравнивается к нулю.

Расчет

Оценить комплексный риск профессиональной деятельности авиатехника по планеру и двигателям, при следующих исходных данных: число работающих по данной профессии на предприятии (N) 71 чел.; общая численность по отрасли (P) – 23380 чел.; число случаев со смертельным исходом (Tc) – 1; общее число случаев травматизма – 2; коэффициент тяжести по отрасли – 55,81; индивидуальный риск от аварий и ЧС на рассматриваемом предприятии 0,0001.

Класс условий труда работников – 3.2.

  1. Коэффициент частоты смертельного травматизма

  1. Коэффициент частоты не смертельного травматизма

  1. Коэффициент потерь рассчитываем

4. Индекс профзаболеваемости () для класса условий труда 3.2 по табл.1 – 0,24 (средний риск)

5. Сокращение продолжительности жизни (Спж) для класса условий труда 3.2 по табл. 2 – 0,8.

6. Среднее время сокращения продолжительности жизни от несчастных случаев со смертельным исходом

(год)

7. Среднее время сокращения продолжительности жизни от профзаболеваний, вызвавших постоянную нетрудоспособность

(год)

8. Среднее время сокращения продолжительности жизни от травм или профзаболеваний, вызвавших временную нетрудоспособность

(год)

9. Рассчитаем индекс вреда

Таким образом, индекс вреда или средняя потеря ожидаемой продолжительности жизни авиатехника по планеру и двигателям на ЗАО «Авиакомпания «Ангара» составил 2 года.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был рассмотрен отказ токарно-винторезный станка марки 1К62, который является основной технологической единицей при техническом обеспечении самолетов на ЗАО «Авиакомпания «Ангара».

Отказ станка может произойти из-за функционального отказа, явившегося следствием внезапных отказов блоков, узлов, деталей или из-за параметрического, который произойдет, когда будет исчерпана технологическая надежность.

Рассмотрев неисправности, мы построили «Дерево отказов». Рассчитали вероятность отказа элементов станка по «Дереву отказов» и вероятность отказа всей его системы. Вероятность отказа всей системы P(t)= 0,08507, что свидетельствует о том, что станок не очень надежная технологическая единица производства.

В результате комплексной оценки риска профессиональной деятельности авиатехника по планеру и двигателям на ЗАО «Авиакомпания «Ангара» выяснили, что индекс вреда или средняя потеря ожидаемой продолжительности составит 2 года.

Рассмотрев «дерево событий», мы получили полную картину всех возможных последствий при отказе элементов станка.

Выяснили что наибольшая вероятность событий при выходе из строя электрооборудования (короткого замыкания) в токарно - винторезном станке 1К62 будет контролируемый пожар с сигналом тревоги, наименьшая – неконтролируемый пожар без сигнала тревоги.

При выходе из строя двигателя в токарно - винторезном станке 1К62 будет прекращение работы двигателя (аварийная остановка). Наименьшая вероятность событий при выходе из строя двигателя будет аварийная остановка вследствие того, что по цепи течет слишком большой ток.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Тимофеева С.С. Надежность технических систем и техногенный риск: учебное пособие. – Иркутск. : Изд-во ИрГТУ, – 2003. – 290 с.
  2. Надежность технических систем и техногенный риск / Акимов В. А, Лапин В. Л [и др.]. – М. : Изд-во Деловой экспресс, 2002. – 116 с.
  3. ГОСТ 27.002 – 89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. – Введ. 15.11.89. – М. : Изд-во стандартов, 2000. – 10 с.
  4. Тимофеева С.С. Основы теории риска / Е.А. Хамидуллина. . – Иркутск. : Изд-во ИрГТУ, – 2014. – 91 с.
  5. ГОСТ 27.310-95. Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения. – Введ. 26.04.95. – М. : Изд-во стандартов, 1995 – 30 с.

Оценка надежности токарно-винторезного станка марки 1К62 ЗАО «Авиакомпания «Ангара»