Существует два основных подхода к определению коэффициента безопасности: статистический и экономический.
Статистические методы, основанные на необходимом уровне сервиса:
· Вероятность дефицита запасов за один цикл оборота запасов (или за период между двумя перезаказами),
· Вероятность удовлетворения спроса,
· Уровень готовности – характеризуется периодом, во время которого запасы должны быть «положительными»,
· Оптимальная частота дефицита запасов за отчетный период.
Экономические методы, основанные на оптимизации затрат:
· Допустимый уровень убытков вследствие отсутствия запасов на складе,
· Оптимальное соотношение затрат на хранение и убытков вследствие отсутствия запасов на складе.
Рассмотрим подробнее метод постоянного заказа в упрощенном виде.
Необходимо определить значение резервного запаса, для которого будет оптимальным соотношение затрат на хранение и убытков вследствие дефицита запасов.
Рассмотрим решение данной задачи при использовании системы управления запасами на основании метода постоянного заказа. Размер резервного запаса будет определять величину точки перезаказа. Решение данной проблемы не будет сказываться на оптимальном размере заказа, а будет влиять только на изменение точки перезаказа. Следовательно, мы оптимизируем два вида затрат:
Затраты на хранение резервного запаса , которые являются частью суммарных затрат на хранение и которые будут равны:
ТС = C h 1 *R, (9.32)
где C h 1 – затраты на хранение 1 единицы запасов за отчетный период, R – величина резервного запаса.
Убытки вследствие дефицита запасов , которые равны:
U = C d 1 *S*r, (9.33)
где C d 1 – убытки вследствие дефицита 1 единицы запасов на складе, S – вероятное количество раз дефицита запасов за отчетный период, r – средний объем дефицита запасов в единицах.
В данной задаче мы рассматриваем убытки в следствие дефицита запасов, которые не зависят от длительности дефицита, а зависят от объема дефицита и количества дефицитов за отчетный период. Модель, в которой данные убытки зависят от продолжительности дефицита, требует более сложных расчетов.
Алгоритм решения основан на методике маржинального или предельного анализа. В данной методике мы добавляем (или отнимаем) от исследуемого параметра по единице и анализируем влияние этого изменения на оптимизируемую величину. Если это влияние положительно, то мы продолжаем изменять этот параметр в том же направлении, пока оно не уменьшится до нуля. Ели влияние отрицательно, то мы изменяем параметр в другом направлении и двигаемся опять до нулевого влияния. При нулевом влиянии значение параметра оптимально. Алгоритм расчета показан на рис. 9.14. Данная методика достаточно часто применяется при нахождении оптимальных решений в экономическом анализе.
Рис. 9.14. Алгоритм расчета коэффициента безопасности
Положительный вклад (выигрыш – экономия затрат на хранение) от каждой дополнительной единицы будет оставаться постоянным при уменьшении резервного запаса.
Отрицательный вклад (потери – убытки вследствие дефицита запасов) от каждой дополнительной единицы будет увеличиваться при уменьшении резервного запаса, так как будет расти вероятность дефицита запасов (S).
Выигрыш больше потерь, тогда при уменьшении резервного запаса на каждую единицу мы получаем дополнительную прибыль до тех пор, пока выигрыш будет больше потерь.
Потери больше выигрыша, тогда увеличение резервного запаса приводит к уменьшению убытков.
Оптимальный размер резервного запаса получается при условии:
S*C d 1 = C h 1 , (9.33)
При этом условии (9.33.) выигрыш равен потерям.
Полный алгоритм расчета оптимизации затрат можно интерпретировать рис 9.15.
Рис. 9.15. Пример расчета коэффициента безопасности методом оптимизации затрат
· Если нам известны затраты на хранение (С h1) и убытки вследствие дефицита запасов (C d 1), мы можем подсчитать оптимальную частоту возникновения дефицита запасов за отчетный период, при котором суммарные затраты будут минимальны по формуле (9.33).
S = C h 1 /C d 1 – формула для расчета оптимальной частоты дефицита запасов (9.34)
· Зная оптимальную частоту дефицита запасов за отчетный период (S) и частоту заказов (N), мы можем рассчитать вероятность дефицита запасов (Р) за один цикл оборота запасов (или между двумя перезаказами):
Р = S / N – формула для расчета вероятности дефицита запасов за один период оборота запасов (9.35.)
· Величина (Р) непосредственно связана с коэффициентом безопасности (k) на основании правила нормального распределения вероятности. Коэффициент безопасности определяется на основании специальных таблиц, которые можно найти в любой литературе по управлению запасами.
Понятие машины, узла, детали
Машина представляет собой устройство, предназначенное для облегчения или замены труда человека и повышения его производительности.
Машины подразделяют на:
1) машины – двигатели;
2) машины – орудия;
3) машины – транспортирующие;
4) машины – роботы;
5) машины – кибернетические.
Узлом называется законченная сборочная единица, составные части которой подлежат соединению между собой на предприятии сборочными операциями.
Деталь – изделие, полученное без применения сборочных операций (болт, гайка, вал и т.д.). Детали подразделяют на:
1) детали общего назначения (передачи, соединения и т.д.);
2) детали специального назначения (лопатка, поршень и т.д.).
Курс «Детали машин» посвящен расчёту деталей общего назначения.
Классификация деталей общего назначения:
1. Соединительные детали и соединения (необходимы для соединения отдельных деталей в один механизм);
2. Детали для передачи вращательного движения (оси, муфты, валы);
3. Детали для поддержания в пространстве вращающихся частей машины (опоры, корпуса).
Принципы расчёта деталей машин по основным критериям
Работоспособности
Задачей проектирования машин является разработка документации, необходимой для их изготовления, монтажа, установки и эксплуатации. При этом к машине предъявляются такие требования, как: прочность, износостойкость, жёсткость, виброустойчивость, теплостойкость, надёжность, технологичность. Эти требования называются критериями работоспособности .
Прочность – способность сопротивляться нагрузкам, не разрушаясь и не имея при этом больших пластических деформаций. Это один из главных критериев. Расчёты на прочность проводят по номинальным допускаемым напряжениям, по допускаемым коэффициентам безопасности и по вероятности безотказной работы.
Расчёт на прочность состоит:
1. Предварительный расчёт (определяются приближённые параметры);
2. Проверочный расчёт (определение прочности в опасных местах).
Условие прочности - ,
где - расчётное напряжение, - допускаемое напряжение.
Одним из наиболее общих требований является условие равнопрочности. Очевидно, что нет необходимости конструировать отдельные элементы с излишними запасами несущей способности, которые не могут быть реализованы в связи с выходом из строя других элементов.
Износостойкость. Износ – процесс постепенного уменьшения размеров детали в результате трения. Следствие износа – уменьшение прочности и увеличение динамических нагрузок, нарушение герметичности и т.д. Виды изнашивания: абразивный износ, износ при заедании, износ при коррозии и т. д.
Оценка сопротивлений по изнашиванию проводится по условию:
; ; , где P -давление; PV – мощность трения, -рабочая температура; - допускаемые значения.
В наиболее ответственных деталях машин износостойкость обеспечивается надлежащей смазкой, применением антифрикционных материалов и герметизацией областей трения.
Жёсткость
– это способность детали сопротивляться изменению формы под действием сил.
Проверочный расчёт жесткости состоит в определении упругих деформаций:
Удлинения;
Прогиба;
Поворота при изгибе;
Закручивания.
Виброустойчивость. Вибрация вызывает дополнительные переменные напряжения и приводит к усталостному разрушению деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания. Условие отсутствия резонанса - несовпадение частот возбуждающих нагрузок с собственными частотами. Это условие достигается конструктивными мероприятиями.
Теплостойкость. Любая работа вызывает тепловыделение. Это приводит к снижению несущей способности детали, снижению защитной способности масляного слоя, разделяющего трущиеся поверхности детали, изменению зазоров в соединениях, изменению свойств поверхностей, снижению точности машин. Температурный расчёт сводится к ограничению температуры .
Надёжность и долговечность деталей машин
Надёжность – свойство выполнять свои функции, сохраняя свои характеристики. Она определяется безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.
Безотказность – свойства изделий сохранять работоспособность в течение заданной наработки без вынужденных перерывов.
Долговечность – свойства изделий длительно сохранять работоспособность.
Ремонтопригодность – способность изделия к обнаружению и устранению отказов.
Сохраняемость – свойства изделия сохранять эксплуатационные показатели при хранении и транспортировке.
Имеем N 0 изделий для испытаний в течение t часов. Пусть N от – количество изделий, отказавших при испытании,а N р – количество работающих изделий, тогда относительное число отказов
Если N 0 велико, то Q (t ) – вероятность отказов.
Количественная характеристика надёжности – вероятность безотказной работы P (t ):
Если машина состоит из большого числа узлов, соединенных последовательно (рис.1.2), а отказ одного приведёт к отказу машины, то по теореме умножений вероятностей вероятность безотказной работы есть произведение вероятностей безотказной работы отдельных элементов:
Пусть система состоит из параллельно соединённых деталей (рис.1.3). Вероятность безотказной работы такой системы можно записать в виде
Таким образом, надёжность сложной системы всегда меньше надёжности самого ненадёжного элемента. Чем больше элементов имеет система, тем меньше её надёжность.
Важной характеристикой является интенсивность отказов:
где t ср – средняя наработка на один отказ.
В период нормальной эксплуатации машины (область II рис.1.4) отказы от износа (область III) ещё не проявляются и надёжность характеризуется внезапными отказами. Они носят случайный характер и определяются выражением, уменьшаясь с наработкой по экспоненциальному закону (рис.1.5).
Основные пути повышения надёжности машин:
1. Улучшение конструкции изделия.
2. Повышение качества производства.
3. Обоснованное уменьшение напряжённости детали.
4. Правильный выбор системы смазки.
5. Резервирование:
а) постоянно параллельное (рис.1.6);
если
б) резервирование замещением.
Если надёжность переключения 100%, то
.
Резервирование применяется тогда, когда исчерпаны все другие средства, существенно повышает надежность системы, но усложняет её.
Лекция №2
Выбор допускаемых напряжений при статических и переменных нагрузках
Все основные расчёты делятся на проектировочные и проверочные. Например, для стержня (рис. 2.1)
Проектировочный расчет;
- проверочный расчет.
Допускаемые напряжения – это максимальные значения рабочих напряжений, которые могут быть допущены при условии обеспечения надёжности детали в процессе её работы:
где – предельное нормальное (касательное) напряжение детали, S – коэффициент безопасности.
Предельные напряжения – это такие напряжения, при действии которых деталь выходит из строя:
где k – коэффициент концентрации напряжения;
s limD – предельное напряжение лабораторного образца;
e m - масштабный фактор;
k П - коэффициент качества поверхности;
k р – коэффициент режима;
Коэффициент концентрации напряжения.
Фактические напряжения s max в зоне концентрации у дна выточки (рис. 2.2) будут значительно больше, чем где h и d - ширина и толщина пластины.
С увеличением абсолютных размеров сечений детали в большей степени проявляется негативное влияние неоднородности механических свойств металла и структурных дефектов, способствующих развитию усталостных трещин. Наряду с этим увеличение размеров сечения снижает градиент напряжений и положительный эффект возможного упрочняющего воздействия от обработки. Поэтому с увеличением абсолютных размеров сечения деталей происходит снижение их прочности и механических характеристик, получаемых при статических и усталостных испытаниях, учитываемое коэффициентами влияния абсолютных размеров – масштабными факторами
где s -1d (t -1d) – предел выносливости образца диаметра d ;
s -1 (t -1) – предел выносливости пробного образца d = 7…10 мм.
При статических нагрузках состояние рабочих поверхностей оказывает незначительное влияние на их прочность. При циклических нагрузках разрушение деталей связано с развитием усталостных трещин, возникающих обычно в поверхностном слое. Развитию усталостных трещин способствуют возникшие на поверхности в результате механической обработки микронеровности, являющиеся также концентраторами напряжений. Влияние их учитывается коэффициентами качества поверхности
где s -1 и t -1 – предел выносливости полированных образцов;
s -1d и t -1d – предел выносливости образцов с заданной обработкой.
Циклы нагружения
Детали машин обычно подвергаются действию напряжений, циклически меняющихся во времени. При этом возникают микроскопические трещины, приводящие к усталостной поломке деталей. В общем виде кривая, характеризующая изменение напряжений во времени, представлена на рис. 2.3.
Большое значение для работы детали имеют верхние и нижние пределы напряжений,
– среднее или условно постоянное напряжение,
– амплитудное напряжение.
Важным параметром является коэффициент асимметрии цикла .
В технике встречается три основных случая нагружения:
- Статическое нагружение (рис. 2.4).
Обозначение [ I
] – первый род нагрузки. 
R
= +1.
Для хрупких материалов принимают
где и - пределы прочности при растяжении и сдвиге.
Для пластичных материалов принимают
где и - пределы текучести.
Для нормализованных и улучшенных сталей при s в >800 МПа принимают y s = 0,3…0,4 и y t = 0,4…0,5.
Определение коэффициента запаса прочности
Коэффициент запаса прочности (безопасности)
>1, где s р – расчётное напряжение.
Существует дифференциальный метод (Одинга) и табличный метод определения коэффициентов запаса прочности.
1. Дифференциальный метод определяет коэффициент запаса прочности как произведение частных коэффициентов, отражающих:
a) достоверность определения расчётных нагрузок S 1 = 1…1,5;
б) однородность механических свойств материалов S 2 =1,2…2;
в) специфические требования безопасности S 3 =1…1,5.
Общий коэффициент запаса прочности [S ]=S 1 · S 2 · S 3 .
2. Таблицы существуют для типовых деталей каждой отрасли.
Передачи
Основные понятия. Классификация механических передач
Любая машина состоит из трёх основных элементов – двигателя, передаточного механизма, исполнительного механизма.
Устройства для передачи энергии и движения от одного агрегата другому или от одной части машины к другой называются передачами . Передачи подразделяются на механические, электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные. В курсе «Детали машин» изучаются только механические передачи. Введение передач обусловлено следующими причинами:
1. Требуемые скорости исполнительного механизма, как правило, не совпадают с оптимальными скоростями двигателя;
2. Скорость движения исполнительного механизма необходимо регулировать, что не всегда возможно сделать двигателем;
3. Двигатели обычно выполняются для равномерного вращательного движения, а исполнительные механизмы могут требовать иной вид движения.
Передачи по принципу работы разделяются:
а) передачи трением с непосредственным контактом тел (фрикционные) и с гибкой связью (ременные);
б) передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые и червячные) и с гибкой связью (цепные).
По характеру изменения скорости:
а) понижающие (редуктора) и повышающие (мультипликаторы);
б) регулируемые и нерегулируемые.
Регулируемые разделяются на:
а) со ступенчатым регулированием;
б) с бесступенчатым (плавным) регулированием.
По взаимному положению валов:
а) с параллельными осями;
б) с пересекающимися осями;
в) с перекрещивающимися осями.
Устройство, содержащее одну или несколько зубчатых или червячных передач, установленное в жёстком корпусе и предназначенное для понижения частоты вращения и увеличения крутящего момента, называется редуктором .
Км/ч.
На пересечениях в одном уровне скорость снижается на 20-50 % в зависимости от интенсивности на главной и пересекаемых дорогах и интенсивности автомобилей, поворачивающих налево.
При расчете скоростей на подучастках из всех скоростей, рассчитанных в зависимости от различных параметров, выбирают наименьшие значения (безопасные скорости).
Учитывая цель анализа и методику расчета скоростей, при построении графика скоростей вводят следующие допущения:
– не учитывают участки притормаживания для плавного изменения скорости при въездах на кривые малых радиусов, узкие мосты и т. д. В конце каждого участка дороги определяют максимальную скорость, которая на нем может быть развита, без учета условий движения на последующих участках;
– считают, что скорости движения возрастают до тех пор, пока не превысят безопасного значения, обеспечиваемого каким-либо
элементом плана или профиля. При дальнейших расчетах полагают, что автомобиль входит на следующий участок со скоростью, обеспечиваемой данным элементом.
Все эти допущения преследуют цель выявления наиболее неблагоприятного для безопасности режима движения автомобилей по дороге.
Расчет коэффициентов безопасности и построение графиков коэффициентов безопасности. Коэффициентом безопасности называют отношение максимальной скорости движения, обеспечиваемой тем или иным участком дороги , к максимально возможной скорости въезда автомобилей на этот участок
(9)
Чем значительнее разность скоростей и чем меньше коэффициент безопасности, тем более вероятны дорожно-транспортные происшествия на рассматриваемом участке.
Опасность дорожно-транспортных происшествий на различных участках дороги в зависимости от коэффициента безопасности, определяемого по вычисленным скоростям движения, оценивают по таблице 4.
Таблица 4 – Определение характеристики участка дороги
Характеристика участка | , коэффициент безопасности |
Безопасный | > 0,8 |
Малоопасный | 0 , 6 – 0 , 8 |
Опасный | 0 , 4 – 0 , 6 |
Очень опасный | < 0 , 4 |
Результаты расчетов коэффициентов безопасности заносят в таблицу 5.
Таблица 5 – Значения коэффициентов безопасности по подучасткам дороги
Параметры | Номер подучастка |
||||
… | |||||
Скорость на входе на участок, км/ч | |||||
Скорость на участке, км/ч | |||||
Коэффициент безопасности |
На линейном графике исследуемого участка дороги строят график изменения коэффициентов безопасности в виде диаграммы в обоих направлениях. На этом графике выделяют участки по степени опасности, уделяя особое внимание участкам, где значение коэффициента безопасности font-size:14.0pt">В проектах новых дорог недопустимы участки со значениями < 0,8. При разработке проектов реконструкции и капитального ремонта автомобильной дороги следует перепроектировать участки с < 0,6.
Расчет пропускной способности трассы и уровня загрузки дороги движением и построение графиков. Для оценки пропускной способности применяют метод, основанный на использовании коэффициентов ее снижения - опытных коэффициентов, отражающих влияние ухудшения условий на изменение пропускной способности по сравнению с максимальной. Максимальная пропускная способность соответствует следующим дорожным условиям и составу потока автомобилей: прямолинейный участок дороги без пересечений, ширина полосы движения 3,75 метров, сухое покрытие имеет высокую ровность и шероховатость, транспортный поток состоит только из легковых автомобилей, отсутствуют какие-либо препятствия на обочинах, вызывающие снижение скорости, погодные условия благоприятные.
Поправочные коэффициенты были установлены проф.
по данным наблюдений за скоростями движения транспортных потоков на дорогах. Такой подход к учету влияния дорожных условий на пропускную способность является очень удобным в практической работе .
Значения коэффициентов снижения пропускной способности определяют как отношение пропускной способности рассматриваемого элемента дороги к пропускной способности дороги с особо благоприятными условиями движения , т. е.
(10)
Пропускная способность в конкретных дорожных условиях (авт/ч)
(11)
где font-size:14.0pt"> (12)
(13)
где font-size:14.0pt"> – частные коэффициенты снижения пропускной
Способности, приведены в таблице Б.1.
Максимальная пропускная способность определена для дорог, имеющих
2 полосы движения – 2200 авт/ч (в оба направления);
3 полосы движения – 4000 авт/ч (в оба направления);
4 полосы движения и более – 1800 авт/ч (на одной полосе).
Для построения графика пропускной способности необходимо определить на каждом подучастке частные и общие коэффициенты снижения пропускной способности автомобильной дороги и заполнить таблицу 5.
Таблица 5 – Пропускная способность и уровень загрузки дороги движением
Коэффициенты снижения пропускной способности | Номер подучастка |
||||
1 | 2 | 3 | … | ||
Р | |||||
font-size:14.0pt">где font-size:14.0pt"> авт/ч;
– пропускная способность подучастка, авт/ч.
Для оценки пропускной способности дороги строят линейные графики пропускной способности Р и уровня загрузки Z в прямом и обратном направлениях.
При разработке проектов новых дорог уровень загрузки должен быть < 0,65, а при разработке проектов реконструкции font-size:14.0pt">Расчет итоговых коэффициентов аварийности и построение графиков итоговых коэффициентов аварийности. Относительная вероятность дорожно-транспортных происшествий на каждом из участков может быть также оценена обобщенным итоговым коэффициентом аварийности, вычисляемым как произведение частных коэффициентов аварийности:
(15)
Частный коэффициент аварийности - это отношение числа ДТП на участке дороги с тем или иным показателем плана или профиля к числу ДТП на эталонном участке. Эталонным участком автодороги считается горизонтальный прямой участок дороги с двумя полосами движения, шириной проезжей части 7,5 м, укрепленными обочинами шириной 3 м, с радиусами поворота 1000 м, интенсивность движения составляет 5000 авт/сут, ровным и шероховатым покрытием.
Частные коэффициенты аварийности характеризуют ухудшение условий движения, вызываемого влиянием элементов плана, продольного и поперечного профилей и придорожной полосы по сравнению с условиями движения по эталонному участку дороги. Значение частных коэффициентов аварийности , приведены в таблице Б.2.
Если значения коэффициентов аварийности на смежных участках отличаются сравнительно мало, а возможность быстрого улучшения всей дороги ограничены, необходимо установить очередность улучшения условий движения или перестройки опасных участков. Для этого при построении графиков коэффициентов аварийности дополнительно учитывают и тяжесть дорожно-транспортных происшествий. По предложению, рекомендуется вводить к частным коэффициентам поправочные коэффициенты тяжести, или стоимостные коэффициенты учитывающие возможные потери народного хозяйства от дорожно-транспортных происшествий.
За единицу дополнительных стоимостных коэффициентов принято среднее значение потерь народного хозяйства от одного дорожно-транспортного происшествия на эталонном участке дороги. Коэффициенты вычислены на основании данных об изменении средних потерь от одного дорожно-транспортного происшествия при различных дорожных условиях. Частные коэффициенты тяжести имеют в зависимости от учитываемых факторов следующие значения, приведенные в таблице Б.3 Итоговый коэффициент тяжести равен произведению частных коэффициентов:
font-size:14.0pt">Поправку к итоговым коэффициентам аварийности вводят на участках при значениях > 15. Для полной оценки степени опасности движения по дороге перемножают итоговый коэффициент аварийности на итоговый коэффициент тяжести:
коэффициент безопасности показывает во сколько раз расчетная нагрузка Р Р больше эксплуатационной Р Э.
коэффициент безопасности – опытная величина. Основное его назначение состоит в том, чтобы обеспечить отсутствие остаточных деформаций в элементах конструкции при эксплуатационных нагрузках. Для конструкционных материалов, которые применяются в АТ, это условие обеспечивается при f≈1,5. Обычно для самолетных конструкций принимают f=1,5-2, для аппаратов одноразового действия f=1-1,5. Чем больше f, тем надежнее работает конструкция, но вместе с тем растет и ее вес.
Сравнительно небольшая величина коэффициента безопасности в АТ по сравнению с другими областями техники обуславливает повышенные требования к точности расчетов на прочность авиационных конструкций, к качеству применяемых материалов, к технологии изготовления и ремонту АТ.
Коэффициентом безопасности учитывается также возможность в отдельных исключительных случаях некоторого превышения нагрузки над максимальной эксплуатационной. Вместе с тем он должен обеспечить такое значение расчетной нагрузки, которое бы за весь срок эксплуатации самолета никогда не достигалось. В прошлом удовлетворение такому требованию при выборе коэффициента безопасности обеспечивало практически абсолютную надежность авиационной конструкции. В последние годы в связи с более продолжительным сроком службы самолетов и резким увеличением скоростей полета большое влияние на прочность конструкции при длительной эксплуатации стали оказывать такие факторы, как повторные нагрузки, нагрев, а иногда и ползучесть материала, что потребовало разработки и введения новых критериев для оценки надежности конструкции.
14. Нормы прочности и жесткости самолетов.
Нормы прочности задают общий уровень прочности самолета, нагружение его основных частей и агрегатов и условия проверки их прочности при испытаниях. Нормы прочности устанавливают: а) достаточную степень прочности для различных типов самолетов, которая обеспечивает приемлемо малую вероятность разрушения аппарата при заданных для него режимах полета, взлета, посадки. Эта степень прочности задается через предельные максимально допустимые в эксплуатации параметры нагружения: n Э min =-0,5n Э max . б) эксплуатационную, т.е. наибольшую допустимую в эксплуатации, нагрузку на основные части самолета. в) коэффициенты безопасности f, которые показывают отношение разрушающей нагрузки Р разр к эксплуатационной Р экспл для основных частей и агрегатов самолета..
Нормы жесткости регламентируют допустимые деформации частей самолета – прогибы и углы крутки, устанавливают величину нагрузки, при которой не должно быть видимых остаточных деформаций, потери устойчивости обшивки и т.п. в нормах жесткости формулируются требования к значениям критических скоростей автоколебаний для несущих поверхностей самолета, эффективности рулей и пр.
15. Ограничение скорости полета и летных свойств самолетов по условиям прочности.
Современные
самолеты, обладающие значительной
тяговооруженностью, имеют ограничения:
а) по скоростному напору q max .
при превышении скорости, соответствующей
q max ,
местные нагрузки превышают допустимые
значения. Это особенно опасно для
механизации, люков, фонаря и др.
.
Для современных самолетов
q max =7500…10000даН/м 2 .
б) по перегрузке в болтанку:
;
в) по температуре.
Кроме того, на больших высотах скорость может ограничиваться числом М полета по условиям обеспечения устойчивости и управляемости самолета. Скорость может ограничиваться по условиям исключения опасных деформаций и вибраций частей самолета по прочности подвесок и их узлов.
Мы беседуем сегодня с заместителем директора одного из ведущих отечественных предприятий – производителей измерительных трансформаторов ООО «Электрощит-Ко» Виктором Владимировичем Легостовым .
– Виктор Владимирович, ООО «Электрощит-Ко» в этом году отмечает 10 лет с момента ввода в эксплуатацию первого трансформатора собственного производства. За счет каких аспектов вам удалось в столь относительно небольшой срок стать одним из лидеров отрасли?
– Если коротко – это правильно построенная система производства, важнейшим свойством которой является точное выполнение технических требований заказчика.
Используя европейскую технологию и оборудование, а также импортные материалы высокого качества, мы создаем изделия нестандартного исполнения, не имеющие аналогов в нашей стране.
– Почему зарубежные технологии, импортные материалы и оборудование? Не хотите поддерживать российского производителя?
– У нашего производства две ключевые специализации: производство трансформаторов по заданным заказчиком техническим характеристикам; производство трансформаторов для систем с повышенным требованием к безопасности.
К сожалению, на сегодняшний день оборудование и материалы, необходимые для производства такого уровня, не производятся в России. При этом мы постоянно ведем работу с отечественными поставщиками, пытаемся стимулировать улучшение качества их продукции. Убежден, что это и есть наилучшая поддержка производителя.
– Виктор Владимирович, расскажите, какие особенности отличают ваши трансформаторы от аналогов.
– Использование нашей технологии и импортных материалов позволяет нам маленький прибор насытить по максимуму, в отличие от аналогов других производителей, которые в такой же габарит, используя российские материалы, могут вложить гораздо меньше возможностей.
Сейчас многие производители научились делать трансформаторы с высокими классами точности, но создать прибор с набором требуемых заказчиком конкретных нестандартных параметров зачастую не удается. Некоторые из российских производителей сами заказывают у нас сложные трансформаторы.
Используемая нами программа расчета трансформатора позволяет в течение 10–15 минут произвести расчет любого трансформатора. Меняя и подставляя различные варианты параметров, мы получаем физическую модель трансформатора. Все реально рассчитанные варианты возможно изготовить. Большинство производителей изготавливают приборы конвейерно и, на выходе сделав измерения, фиксируют параметры, отправляют прибор на склад и потом, при появлении такого запроса, предлагают заказчику. Мы же изначально исходим из запроса и делаем такой прибор, который был заказан.
Более того, на сегодняшний день мы единственные в России комплектуем заказы магнитопроводами с идентичными параметрами намагничивания, что позволяет изготовить трансформаторы с идентичными электрическими характеристиками.
Кроме того, мы первыми в России стали проводить испытания изоляции по классу «А» с замером уровня частичных разрядов.
Применение наших трансформаторов на объектах атомной энергетики, таких, как Нововоронежские АЭС, Калининская АЭС, Белоярская АЭС, Кольская АЭС, подтверждает высокий уровень надежности и безопасности.
– Актуально ли сегодня производство трансформаторов по заданным эксплуатационным параметрам?
– Экономия всегда актуальна. Применение трансформаторов с параметрами, не отвечающими реальным требованиям систем учета и защиты, приводит к более значительным финансовым потерям из‑за увеличения токовой погрешности и выхода трансформаторов из заявленного класса точности.
Потребность в автоматизации и разделении цепей учета и измерения вызвала появление новых разработок, основными принципами которых являются малые габариты, увеличенное число обмоток, защита информации, технологичность, надежность, многовариантность характеристик.
В этом плане ООО «Электрощит-Ко» является законодателем мод в развитии трансформаторостроения России.
Нами впервые в России стали серийно производиться трансформаторы тока с классом точности 0,2S и 0,5S в сочетании с высокими нагрузками, с заданными конкретными значениями коэффициентов безопасности приборов и предельной кратности, с высоким током термической стойкости при малых номинальных токах, трансформаторы с разными коэффициентами трансформации измерительных и защитных цепей, переключением первичных токов для уменьшения или увеличения коэффициента трансформации.
– Посредством чего достигается высокий класс точности в ваших трансформаторах?
– Для трансформаторов с высоким классом точности мы используем сердечники из пермаллоя. Этот материал позволяет обеспечивать задаваемый класс точности, его физические свойства позволяют преобразовать сигнал с минимальными потерями. Мало кто использует пермаллой, он достаточно сложен в использовании и не производится в России. Проще использовать аморфные сплавы, но они не имеют механической прочности, сердечник из такого материала нужно помещать в специальный короб, что увеличивает габарит трансформатора.
– Трансформаторы с переключением. Расскажите, в каких случаях возникает в них необходимость.
– Это трансформаторы двойного использования. Первая сфера их применения – когда производство строится на старых мощностях. Например, ранее все уставки были сделаны на 600 А по первичному току, а в реальности в цепях уже 250‑300 А.
Трансформатор с переключением – это прибор, который может работать как 300 / 5 и как 600 / 5. Одним трансформатором можно обеспечивать измерение и защиту как на более низкий, так и на более высокий уровень с возможностью увеличения в будущем мощности сетей.
Вторая сфера применения – когда необходимо сохранить старую систему технического учета и релейной защиты, а коммерческий учет сделать по более низким мощностям. Для решения этой задачи возможно применение трансформатора с разным коэффициентом трансформации, т. е. для коммерческого учета обмотка будет 300 / 5, а защитная обмотка и технический учет будет 600 / 5. Все это возможно сделать в одном корпусе. При этом вторичная обмотка для коммерческого учета рассчитывается на длительное время работы при 600 А.
– Коэффициент трансформации выдерживается строго 1:2?
– Пропорции могут быть разными, например 500 А на 600 А, 600 А на 1000 А, на 1500А, 600 А на 800 А. Бывает и 1:3, но это сложно в исполнении. Всегда необходимо рассматривать конкретные задачи и просчитывать любой прибор индивидуально.
– Как правильно задать вторичные нагрузки?
– Это очень важный момент. Программа, которую мы применяем, позволяет сделать расчет нагрузок с погрешностью, максимально приближенной к нулевой отметке в коридоре токовых угловых погрешностей.
Для примера рассмотрим зависимость абсолютной погрешности трансформатора тока с коэффициентом трансформации 100 / 5 класса точности 0,5, с номинальной нагрузкой 10 ВА (рис. 1) Из этой зависимости видно, что уменьшение или увеличение прилагаемой нагрузки на трансформатор тока приводит к значительному увеличению абсолютной величины погрешности измерений. На графике видны возможные варианты выхода из класса вследствие недогрузки или перегрузки, если реально трансформатор был рассчитан на 10 ВА.
– Что такое коэффициент безопасности и обязательно ли его задавать?
– Это коэффициент, который показывает, во сколько раз увеличится вторичный ток на измерительной обмотке, если ток первичной цепи резко возрастет. Измерительная обмотка построена таким образом, что при возникновении короткого замыкания сердечник быстро насыщается и ток в ней перестает расти. Например, вторичный ток 5 А, а коэффициент 10, тогда максимально возможный ток, который возникнет во вторичной обмотке, будет равен 50 А.
График (см. рис. 2) показывает разницу коэффициента безопасности приборов при использовании разных марок электротехнической стали. Из графика видно, что даже у трансформатора ТЛО-10 при снижении нагрузки на измерительной обмотке коэффициент безопасности приборов резко возрастает и уже не может обеспечить защиту измерительных приборов в момент короткого замыкания в первичной цепи. При проектировании системы учета и защиты необходимо учитывать фактическую вторичную нагрузку во вторичной цепи измерительной обмотки и коэффициент безопасности приборов, который должен быть указан в сопроводительной документации на конкретный трансформатор. В цепях учета, уже находящихся в эксплуатации, эти параметры можно с достаточной точностью измерить и привести систему в соответствие.
Используя трансформаторы с правильно выбранным коэффициентом безопасности приборов в действующих сетях, нет необходимости применять дополнительные меры защиты для счетчиков старого образца.
– Какой диапазон коэффициента безопасности приборов и от чего он зависит? Если заказчик задает конкретный коэффициент, возможно ли его сделать?
– Диапазона коэффициента не существует, это всегда конечное число и зависит практически только от применяемых материалов, их качества и характеристик, технологии изготовления, и заказчик может выбрать коэффициент безопасности по своему усмотрению.
– Расскажите еще об одном важном параметре – коэффициенте номинальной предельной кратности обмоток защиты. Насколько важно его задавать при заказе трансформатора?
– Очень часто потребители или проектные организации запрашивают кривую предельной кратности. Один из основных параметров, который заносится в паспорт прибора, – напряжение намагничивания, точка, в которой кривой участок переходит в линейный. Во сколько бы ни вырастал ток в первичной обмотке, на вторичной обмотке ток расти перестает. Если мы рассматриваем коэффициент безопасности приборов и предельную кратность, физическая суть у этих параметров одинакова.
Коэффициент предельной кратности указывает, до какого значения будет расти ток при коротком замыкании в первичной обмотке, до какого предела мы должны питать релейную защиту, чтобы она сработала. Коэффициент предельной кратности равен 10, это говорит о том, что при коротком замыкании в первичной цепи ток во вторичной обмотке будет до 50 А, не более. Если, предположим, релейная защита рассчитана на срабатывание при токе 75 А, то коэффициента 10 будет недостаточно, т. е. короткое замыкание защита «не увидит», поэтому заказчик ставит предельную кратность, например 15, но это предельное значение, и надо брать 16, чтобы релейная защита среагировала и отключила все приборы до того момента, как сердечник начнет насыщаться.
Кривая предельной кратности необходима для расчета работы автоматики при использовании стандартного прибора. На нашем предприятии потребитель может заказать трансформатор с любой кратностью при необходимой нагрузке.
– Виктор Владимирович, на ООО «Электрощит-Ко» работают зарубежные специалисты. Какие функции они выполняют?
– Зарубежные специалисты работают на предприятии в сфере обеспечения качества продукции и разработки новых продуктов. Кроме того, они являются консультантами по улучшению техпроцесса, по эргономике производства, по планированию новых производственных мощностей. Без ложной скромности хочу отметить, что производственный процесс в ООО «Электрощит-Ко» не хуже и даже лучше некоторых зарубежных аналогичных производств. При разработке нашего производства нами были рассмотрены и учтены ошибки других производителей.
– В чем конкретно воплотился этот отрицательный опыт?
– Ни в одном производстве в мире нет трехступенчатого метрологического контроля по всей технологической цепочке.
Система маршрутных карт на каждый прибор, контроль предыдущих технологических операций последующими, мотивация персонала в сфере контроля и обеспечения качества позволяют полностью исключить изготовление бракованных приборов. Процент брака производства на сегодня не поднимается выше 0,1 процента.
– Виктор Владимирович, вы сегодня говорили о тонкостях правильного выбора параметров трансформаторов тока. При заинтересованности в разъяснении ваши специалисты могут на местах дать консультации по этим вопросам?
– Технический центр нашей компании проводит семинары для специалистов проектных и эксплуатационных организаций на следующие темы:
оптимальный выбор параметров измерительных трансформаторов, максимально адаптированный под конкретные системы учета;
совмещение релейных систем защиты и автоматики с техническим учетом;
расчет и изготовление релейных обмоток с необходимой предельной кратностью.
В ближайшее время всех приглашаем на выставку «Энергетика и электротехника» в Санкт-Петербурге 22‑25 мая (выставочный комплекс «Ленэкспо», павильон 7, стенд № F24) и на выставку «Электро-2012» в Москве 13‑16 июня.
– Благодарим вас за столь подробную и интересную информацию. Надеемся, что многие технические специалисты заинтересуются приведенными данными. Ждем от вас новых публикаций.
Loading...