Методы испытаний машин на надежность

 

Машины и их элементы испытывают для оценки показателей надежности в определенных условиях эксплуатации. В зависимости от целей испытаний различают контрольные и определительные испытания.

Контрольные испытания проводят для контроля надежности и качества машин и их элементов. Эти испытания обычно организует и проводит завод-изготовитель при участии предприятия-разработчика (научно-исследовательского института). К числу контрольных испытаний относят оценочные, предварительные, приемочные, приемо-сдаточные, типовые, периодические, ведомственные, межведомственные и государственные испытания.

Оценочные испытания проводят для предварительной оценки надежности и качества машин и их элементов без установления требований точности и доверительной вероятности оцениваемых параметров.

Предварительные испытания проводят для проверки соответствия машины или сборочной единицы техническому заданию и технической документации. По результатам предварительных испытаний выносят решение о возможности представления изделия на приемочные испытания.

Приемочные испытания проводят для всесторонней оценки надежности и качества изделия, определения соответствия его техническому заданию, требованиям стандартов и технической документации. По результатам приемочных испытаний выносят решение о возможности постановки машины или сборочной единицы на производство или передачи ее в эксплуатацию.

Приемо-сдаточные испытания проводят для контроля продукции серийного производства. В ходе приемо-сдаточных испытаний представитель отдела технического контроля завода проверяет соответствие машины техническим условиям. По результатам испытаний выносят решение о возможности ввода машины в эксплуатацию.

Типовые испытания продукции проводят после внесения изменений в конструкцию или технологию изготовления для проверки эффективности мероприятий и сравнительной оценки надежности изделия.

Периодические испытания проводят для контроля соответствия серийной и массовой продукции требованиям технической документации.

Государственные, межведомственные и ведомственные испытания опытных образцов или партий проводят для решения вопроса о целесообразности постановки изделия на производство и ввода его в эксплуатацию. Для проведения государственных испытаний назначают государственную комиссию, состоящую из представите­лей завода-изготовителя, предприятия-разработчика, отраслевых министерств и ведомств. Ведомственные и межведомственные испытания проводят с участием представителей заинтересованных министерств и ведомств.

Определительные испытания проводят для определения значений параметров надежности и качества продукции с установленной точностью. Испытывают опытные образцы изделия. К определительным испытаниям относят исследовательские, граничные, доводочные и аттестационные испытания.

Исследовательские испытания проводят для изучения свойств объекта (безотказности, ремонтопригодности, долговечности) и закономерностей изменения этих свойств в процессе его работы.

Граничные испытания проводят для определения зависимостей между показателями надежности объекта и параметрами режимов эксплуатации. По результатам этих испытаний устанавливают границы допустимых значений параметров режимов работы объекта.

Доводочные испытания проводят в процессе отработки конструкции объекта для оценки влияния вносимых в нее изменений с целью достижения требуемых показателей надежности и качества.

Аттестационные испытания проводят для подготовки объекта к государственной, отраслевой или заводской аттестации.

Кроме того, машины и их элементы подвергают ресурсным испытаниям, проводимым для определения показателей долговечности.

Периодичность, продолжительность, порядок и условия проведения испытаний, а также число изделий, подвергаемых испытаниям, устанавливают в стандартах, технических условиях и технической документации на изделие.

По продолжительности проведения испытания подразделяют на ускоренные, нормальные и испытания с применением методов физического моделирования.

При ускоренных испытаниях методы и условия их проведения обеспечивают получение необходимого объема информации в более короткий срок, чем в предусмотренных инструкцией условиях и режимах эксплуатации. Продолжительность испытаний сокращают путем форсирования режимов испытаний по одному или нескольким пара­метрам (нагрузке, скорости, температуре), что ведет к интенсификации процессов, вызывающих отказы и повреждения, и интенсификации проведения испытаний за счет сокращения перерывов в работе исследуемого механизма.

Проводят их на полигонах или в лабораторных условиях на специальных стендах. Основным недостатком ускоренных испытаний является отсутствие взаимно-однозначного соответствия между процессами, происходящими в исследуемом механизме при испытаниях, и аналогичными процессами в реальных условиях эксплуатации. Это отрицательно сказывается на точности получаемых результатов. Тем не менее, в настоящее время этот вид испытаний получил широкое распространение.

Нормальные испытания обеспечивают получение необходимой ин­формации в такой же срок, как при работе машины в эксплуатационном режиме. Проводят их во время эксплуатации машины. Эти испытания позволяют получить требуемую информацию в полном объеме и с задан,ной точностью, однако они также обладают рядом серьезных недостатков: большой продолжительностью и трудоемкостью экспериментальных исследований; высокой стоимостью исследований; организационными трудностями, связанными с проведением испытаний в условиях эксплуатации машин, малым числом машин, которые могут быть подвергнуты испытанию в строго идентичных условиях эксплуатации.

Методы физического моделирования, основанные на теории подо­бия, в настоящее время привлекают пристальное внимание и находят широкое применение в исследованиях надежности элементов машин. Физическое моделирование базируется на анализе физической сущ­ности процессов, протекающих в механизме при его работе. Приме­нение методов теории подобия позволяет строго обосновать режимы испытаний и тем самым обеспечить их соответствие эксплуатацион­ным режимам работы машины. При этом значительно сокращается продолжительность экспериментальных исследований (в 5-10 раз в зависимости от масштаба моделирования) и снижаются материальные затраты на проведение испытаний.

В зависимости от характера последствий испытания подразделяют на разрушающие и неразрушающие.

Разрушающими называют испытания, в результате которых может быть нарушена пригодность изделия к использованию по назначению;

неразрушающими — испытания, в результате проведения которых пригодность изделия к использованию по назначению не должна нарушаться.

Контрольные испытания машин и их элементов являются неразрушающими. Определительные испытания могут быть как неразрушающими, так и разрушающими в зависимости от целей испытаний.

Существующие методы испытаний различают также в зависимости от организационной структуры их проведения. При планировании и проведении определительных и некоторых видов контрольных испытаний широко применяют метод однократной выборки. Этот метод состоит в том, что надежность изделия оценивают по результатам испытаний заранее рассчитанного числа образцов. Число образцов и продолжительность испытаний зависят не от каждого отдельно взятого значения показателя, а от общего числа изготовленных изделий и характера определяемых показателей. Метод однократной выборки несложен в применении и поэтому нашел широкое распространение в исследованиях надежности машин.

Определительные испытания состоят из следующих основных этапов:

–определения цели и задач испытаний; исследования режи­мов работы изучаемого механизма (или аналогичного изучаемому) в эксплуатации;

–теоретического исследования процесса изменения технического состояния механизма во время работы;

–разработки и изготовления стенда для проведения экспериментальных исследований; планирования испытаний в соответствии с теорией эксперимента (определение числа испытуемых образцов методом однократной выборки); проведения испытаний в соответствии с планом;

–статистической обработки результатов испытаний; анализа полученных результатов.

Контрольные испытания в зависимости от поставленных задач и характера изделия проводят в соответствии с одним из следующих планов:

(9.15)

где N — число изделий, поставленных под наблюдение; U — планы, в которых отказавшие изделия не заменяют новыми; Т — установленная наработка или календарная продолжительность испы­таний; r — число отказов или предельных состояний, до возникновения которых ведутся испытания; R — невосстанавливаемые, но заменяемые при испытаниях в случае отка­зов изделия.

Перечисленные планы испытаний трактуют следующим образом:

• [ N, U, N ] — под наблюдение поставлено N изделий, испытания ведут до возникновения отказа или предельного состояния у всех изделий, отказавшие изделия не ремонтируют и не заменяют;

• [ N,U,r ] — испытанию подвергнуто N изделий, испытания ведут до возникновения r отказов или предельных состояний, отказавшие изделия не ремонтируют и не заменяют;

• [ N,U,Т ] — на испытания поставлено N изделий, испытания ведут в течение Т наработки, отказавшие изделия не ремонтируют и не заменяют;

• [ N,R,r ] — на испытания поставлено N изделий, испытания ве­дут до возникновения r отказов или предельных состояний, отказавшие изделия ремонтируют или заменяют новыми;

• [ N, R, Т ] — на испытания поставлено N изделий, испытания ведут в течение Т наработки, отказавшие изделия ремонтируют или заменяют новыми.

При планах [ N, R, Т ] и [ N, R, r ] результаты наблюдений за отремонтированными изделиями включаются в общие данные наблюдений до замены. Если время ремонта продолжительно и может повлиять на окончательный результат испытаний, т. е. на значения определяемых показателей надежности, то испытания проводят по планам типа U.

В качестве примера рассмотрим порядок планирования испытаний ограниченной продолжительности в соответствии с планом [ N, R, Т ].

Исходными данными для планирования испытаний являются величины:

a — «риск поставщика» — величина, характеризующая возможность выбраковки годного изделия;

β — «риск заказчика» — величина, характеризующая возможность принятия негодного изделия;

Т₀ — приемочное значение наработки на отказ;

Т₁ — браковочное значение наработки на отказ.

Значения a и β выбирают в зависимости от специфики и особенностей функционирования изделий, возможностей производства, требований заказчика.

В зависимости от значений риска поставщика и риска заказчика выбирают продолжительность испытаний. Чем меньше, а и β, тем больший объем испытаний необходимо провести при одной и той же надежности изделий.

Наработка Т₀ также влияет на продолжительность испытаний: чем ближе Т₀ к заданному минимуму Т ₁, тем больше продолжительность испытаний. Таким образом, для уменьшения продолжительности ис­пытаний и их стоимости необходимо брать Т₀ значительно больше Т ₁. При этом риск браковки изделия со средней наработкой на отказ боль­ше заданного уровня Т ₀ не зависит от выбора Т ₀, а определяется только выбором риска поставщика а. Вероятность того, что будет забраковано изделие, показатель которого находится в пределах Т₀ > Т_i > Т ₁ увеличи­вается, если Т₀ значительно превышает T ₁.

Испытания на надежность ограниченной продолжительности прекращают в заранее установленный момент времени Т или в момент возникновения последнего из отказов r_пр, если такое число отказов достигается за время, меньшее Т. Значение устанавливают исходя из конкретных условий в зависимости от числа изделий, поставленных на испытания.

Порядок выбора плана испытаний ограниченной продолжительности и принятия решения по результатам испытаний следующий:

– по известным значениям Т₀ и Т_i уровня наработки на отказ опре­деляют отношение Т₀/ Т₁,

– по таблицам, приведенным в работах Б. В. Гнеденко, Л. Н. Боль-
шева и Н. В. Смирнова, для установленных а и β находят число, ближай­шее к полученному значению Т₀ / T₁ и определяют r_пр и Т_∑ / Т₀ (табл. 9.3), где Т _∑=∑ T_i,

– определяют число изделий, необходимое для проведения испытаний:

(9.16)

– принимают решение о соответствии партии изделий установ­ленным требованиям, если за наработку изделий, равную Т, число от­казов меньше r_пр.

Пример 2. Исходные данные для испытаний следующие: а = 0,30; β = 0,20, Т₀ = 2000 ч, Т = 500 ч, Т ₁ = 1000 ч. Необходимо спланировать испытания.

1. Определяем отношение: T₀/T₁ = 2.

2. По таблице для заданных а и β находим число, ближайшее к числу 2.

3. Из табл. 9.3 получаем 1,99. Соответственно число отказов r_пр = 4, а отношение T _∑/ T₀ = 2,76.

4. Число изделий, необходимое для проведения испытаний, N = 11,07=12

5. Если за время Т = 500 ч испытаний 12 изделий произойдет не более трех отказов, то выносят решение о принятии партии изде­лий. Партию бракуют, если четвертый отказ произойдет за время, меньшее Т.

Рассмотренные планы используют также для проведения определительных испытаний некоторых видов.

Порядок планирования и проведения испытаний регламентирован ГОСТ 17504-80, 2.106-96, 8.001-80.

 

⇐ Предыдущая123

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: