Резервирование клиновых ремней
Требования к надежности отдельных видов передач довольно высоки. К их числу относятся передачи, работоспособность которых сказывается на безопасности движения, передачи с затрудненным доступом к ремням, передачи, отказ которых ведет к остановке сложной технологической цепи и т. д.
Надежность передачи, характеризуемую вероятностью ее безотказной работы P(t), можно существенно повысить резервированием ее элементов, в первую очередь — клиновых ремней.
Резервирование состоит в том, что к элементу системы присоединяют один или несколько резервных элементов, которые по мере возникновения отказов последовательно подключаются на место основного элемента и выполняют его функции.
В зависимости от того, в каком состоянии находятся резервные элементы до момента включения их в работу, различают следующие типы резервирования элемента:
- нагруженный (горячий) резерв; резервные элементы находятся в том же режиме, что и основной элемент, их надежность не зависит от того, в какой момент они включились на место основного;
- ненагруженный резерв; резервные элементы не включены в работу и до момента их включения не могут отказать;
- облегченный резерв; резервные элементы находятся в облегченном режиме до момента их включения на место основного; во время ожидания в резерве они могут отказать, но с вероятностью меньшей, чем вероятность отказа основного элемента.
Клиновые ремни работают, как правило, в условиях нагруженного (горячего) резерва, когда все ремни многоручьевой передачи работают одновременно. В случае отказа одного или нескольких ремней передача полностью или частично сохраняет работоспособность. Полная смена всех ремней может быть выполнена не немедленно после отказа ремня, а несколько позже, в более благоприятной обстановке.
Рассмотрим наиболее тяжелый случай нагруженного резерва.
Если надежность одного ремня P(t), вероятность его отказа F(t) = 1—P(t). При установке
двух ремней вероятность отказа одного из них F'(t), вероятность отказа двух ремней F'2(t).
Надежность передачи из двух ремней
Р' (t) = 1 —F'(t).
Надежность передачи, имеющей n ремней,
P'(f) = l—F'n(t)
Отношение вероятностей безотказной работы одно- и двухручьевой передачи найдем, считая, что распределение отказов клиновых вентиляторных ремней подчинено закону Вейбулла.
Вероятность отказа ремня одноручьевой передачи при наработке t
F (t) = 1 — exp (— лtb).
где л, и b — параметры распределения.
Вероятность безотказной работы
Р = ехр (— лtb).
При установке двух ремней вместо одного изменяется как ресурс, связанный с параметром л уравнением.
Вероятность отказа одного ремня двухручьевой передачи при наработке t
F'(t) = 1 — exp (— лtb’).
Надежность двухручьевой передачи
Р'(t) = 1 — F'2(t).
Рассмотрим для примера изменение вероятности безотказной работы клиноременной передачи гидроусилителя руля двигателя ЗИЛ-130. Вероятность безотказной работы ремня при пробеге автомобиля 60 тыс. км: P(t)= 0,65, т. е. F(t)= 0,35. Если считать, что при установке второго ремня показатели надежности каждого из них не изменятся, то и тогда надежность двухручьевой передачи
P(t) = 1 — 0,352 = 0,89,
т. е. вероятность отказа двухручьевой передачи снижается более, чем в 3 раза в сравнении с одноручьевой.
Опыт показал однако, что при замене одного ремня нормального сечения двумя узкими ремнями меньшего сечения наработка ремня до отказа возрастает более, чем вдвое.
Несколько увеличивается и параметр распределения b. Принимая для расчета t'cр = = 2tcр и b'= 1,3 b, получаем для указанного выше случая, что надежность ременной передачи с двумя ремнями при пробеге 60 тыс. км.
P'(t) = 0,998;
т. е. удовлетворяет самым высоким требованиям. Еще более высока надежность многоручьевой передачи.
Многоручьевые передачи применяют не только при необходимости обеспечить высокую надежность передачи, но чаще в случае, когда требуется передать большую мощность, которая не может быть передана одним ремнем. Высокая надежность служит в данном случае дополнительным достоинством передачи, позволяющим использовать ее в передачах оборудования, входящего в сложные технологические, в том числе автоматические линии.
Существенным недостатком многоручьевых передач считается некоторое увеличение расхода клиновых ремней, используемых в качестве запасных. Число ремней, установленных в передаче, увеличивается, а в соответствии с рекомендациями ГОСТ 1284—68 и ГОСТ 10286—62 при отказе одного ремня должен сниматься весь комплект. Комплектация ремней, бывших в эксплуатации, не всегда дает должный эффект, так как эти ремни уже в значительной мере исчерпали свой ресурс и снижают общую надежность передачи.
Рассмотрим норму потребности в автомобильных вентиляторных ремнях в качестве запасных частей на период эксплуатации Т с заданной вероятностью а = 0,95 для одноручьевой и двухручьевой передач. Считаем, что b = 2,5; b' = 3,1. Средний ресурс ремней одноручьевой передачи tcр.
Общая потребность в ремнях, используемых в качестве запасных частей, обеспечивающих работу автомобилей на период T = tcр с вероятностью а = 0,95, не возрастает, если fcp>2,4tcp.
Для обеспечения потребностей автомобильного и станочного парка запасными ремнями первостепенное значение имеет общий средний расход ремней. Известно, что для любого начального закона распределения вероятности безотказной работы изделий общая интенсивность отказов с течением времени стремится к поcтоянному значению. Можно считать, что общий расход ремней для двухручьевой передачи не увеличивается, если средняя долговечность ремней возрастет не менее, чем вдвое в сравнении с одноручьевой.
Аналогичным путем может быть рассчитана и потребность в запасных ремнях для многоручьевых передач.