2084

где δ – допуск на параметр; δу – допуск повышенной строгости.

К недостаткам этих испытаний следует отнести потребность в высокоточной дорогостоящей аппаратуре и невозможность реализации в период приработки машины.

При ускоренных ступенчатых испытаниях требуется двойное коли-

чество изделий. Эти испытания проводятся в следующей последовательности. Первое изделие испытывают при эксплуатационной нагрузке за время Тэ1. Затем нагрузку увеличивают и доводят изделие до предельного состояния за время Тy1. Второй изделие испытывают только на ужесточенном режиме и получают информацию о надежности за время Ту2.

Испытания повторяют на нескольких парах образцов и определяют

средние значения Tэ1.cp, Tу1.cp, Ту2.cp.

В результате испытаний первого образца он достигает предельного состояния за время (Tэ1 + Tу1), повреждаясь пропорционально отношениям

где Тэ – наработка до предельного состояния только в эксплуатационном режиме;

Ту2 – наработка до предельного состояния только в ужесточенном режиме.

Соответственно наработка до предельного состояния в эксплуатации будет равна:

111

Используя выражение (4.22), определяют коэффициент ускорения:

Недостаток ступенчатых испытаний – необходимость увеличения числа изделий в 2 раза, достоинство – исключение эксплуатационных испытаний и возможность определения коэффициента ускорения.

4.4. Эксплуатационные испытания машин на надежность

4.4.1. Разновидности эксплуатационных испытаний

Эксплуатационные испытания применяют для оценки надежности как опытных образцов, так и серийных.

Эксплуатационным испытаниям подвергают не все изделия, образующие генеральную совокупность, а лишь часть их, называемую выборкой.

Ограниченность объема выборки, приводящая к статистической погрешности, и потери части информации о надежности при эксплуатационных испытаниях, увеличивающие систематическую погрешность, существенно снижают точность и достоверность этих испытаний.

Существуют различные методы получения информации о надежности изделия в определенных условиях его эксплуатации (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Разновидности эксплуатационных испытаний

Полные испытания – это испытания, при которых исследователи получают необходимую информацию обо всех поставленных под наблюдение изделиях.

Испытания с ограниченной продолжительностью проводят до напе-

ред заданной наработки. Испытания со случайной продолжительностью

112

проводят до наступления определенного количества отказов испытываемых изделий.

При испытаниях с ограниченной продолжительностью возможно получение однократно усеченной и многократно усеченной информации.

Однократно усеченная информация – это информация о надежности изделий, которая содержит ресурсы части машин и приостановленные наработки машин, по величине превосходящие максимальный ресурс.

Приостановленная наработка – это наработка, при которой еще работоспособное изделие было снято с испытаний.

Многократно усеченная информация – это информация, в которой в произвольном порядке чередуются как приостановленные наработки, так и ресурсы.

Информационными параметрами, определяемыми в процессе эксплуатационных испытаний, могут быть наработка на отказ, продолжительность ремонтно-обслуживающих воздействий, параметр технического состояния, параметр нагружения технического изделия.

Испытания на отказ представляют собой наблюдения с фиксацией моментов отказов изделий. В настоящее время, согласно ГОСТ 27402–95, установлено несколько планов испытаний, а также возможность или невозможность замены в ходе испытаний отказавших элементов.

Испытания по параметру состояния изделия предполагают периоди-

ческие измерения значений параметра технического состояния с целью получения зависимости изменения параметра технического состояния от наработки X= f(L) (рис. 4.12, а) и дисперсии D (рис. 4.12, б) от наработки.

Рис. 4.12. Зависимости изменения параметра технического состояния (Х) и дисперсии (D) от наработки (Т)

При испытании по параметру нагружения регистрируют изменение эксплуатационной нагрузки в процессе работы изделия P = f (T) (рис. 4.13), а затем по известному коэффициенту пропорциональности, полученному в

113

лабораторных условиях, определяют изменение параметра технического состояния от наработки:

X(T) = Р(T) · Кп,

где X(Т) – параметр технического состояния; Р(Т) – нагрузка.

Рис. 4.13. Оценка изменения параметра технического состояния (Х) от изменения нагрузки (P) на испытываемый изделие при эксплуатации

4.4.2. Планы испытаний

Различают следующие планы испытаний: [NUN], [NUT], [NUr], [NRT], [NRr] и др.

Во всех планах введены следующие обозначения: N – количество изделий, поставленных под наблюдение; U – планы, в которых отказавшие элементы не заменяют новыми; R – планы, в которых предусматривается замена отказавших изделий; M – планы в которых изделия восстанавливают; T – установленная наработка или продолжительность испытаний; r – число отказов или предельных состояний, до возникновения которых ведутся наблюдения.

Планы расшифровываются нижеследующим образом.

[NUN] – под наблюдением находится N технических изделий, наблюдение ведется за всеми изделиями до отказа, отказавшие элементы не заменяются, применяется для оценки ресурса недолговечных изделий.

[NUT] – под наблюдением находится N технических изделий, наблюдение ведется до момента времени Т, отказавшие элементы могут ремонтироваться, но данные об их отказах не учитываются, используются для определения гамма-процентного ресурса долговечных машин, результаты достоверны при наличии информации о ресурсах 50 % машин.

[NUr] – отличается от предыдущего тем, что испытания прекращаются после отказа r изделий, применяются для изделий с низкой долговечностью.

114

[NRT] – предусматривает возможность замены отказавших элементов в процессе испытаний, испытания проводят до наработки Т, с помощью этого плана оцениваются безотказность и ремонтопригодность.

[NRr] – испытание прекращается при отказе r элементов, отказавшие элементы заменяются или ремонтируются, и данные об отказах учитываются при обработке информации, используется при определении коэффициента готовности технических изделий.

[NMT] – испытания прекращают после истечения наработки Т каждого изделия, отказавшие изделия восстанавливают и продолжают их испытание, применяется для оценки безотказности восстанавливаемых изделий (параметр потока отказов, наработка на отказ).

[NMT∑] – испытания заканчивают тогда, когда суммарная наработка достигнет ранее установленной величины Т∑.

Таким образом, при оценке безотказности изделий используют план [NRT], при оценке долговечности автомобилей – [NUT]. Ремонтопригодность оценивают при испытаниях по планам [NUN] и [NRT], а оценка комплексных показателей надежности в целом осуществляется с помощью планов [NUN], [NUT] и [NRT].

При выборе плана учитываются определяемый показатель надежности и долговечность изделия.

Для каждого из планов разработаны методики определения числа изделий, порядка проведения испытаний и критерии их прекращения: достижение определенного числа отказов (r), достижение определенной наработки изделий (T), выполнение суммарной наработки всеми изделиями (T∑).

При выборе количества изделий для испытаний руководствуются относительной ошибкой, доверительной вероятностью, длительностью наблюдений. Для нормального закона распределения определяемого параметра объем выборки определяют по формуле

где V – коэффициент вариации;

δ – допустимая относительная ошибка;

tα – коэффициент Стьюдента, определяемый в зависимости от доверительной вероятности α (см. прил. 7).

Если информация о законе распределения отсутствует, то число испытаний вычисляется по выражению

где Р(Т) – вероятность безотказной работы в течение наработки Т.

115

Количество информации находится в пределах 15...50, если коэффициент вариации равен 0,3...0,5. Относительная ошибка переноса составит 10....20 % при умеренной стоимости испытаний.

4.4.3. Методы сбора информации

При эксплуатационных испытаниях технических изделий информация может быть получена одним или несколькими перечисленными ниже способами.

Опрос оператора проводится для получения точной и достоверной информации по разработанной методике: предварительный опрос, уточнение информации, планомерный опрос по всем агрегатам с зондированием отказов и осмотром изделия. Сведения вносятся в специальную форму.

Недостатком этого способа является возможность потери информации из-за памяти оператора.

Ведение операторами листов наблюдений, бортовых журналов осуще-

ствляется совместно с опросом и осмотром. Каждый отказ регистрируется и по нему составляется донесение в соответствии с разработанной формой.

Инструментальный метод заключается в периодическом диагностировании технического изделия и сохранении результатов диагностирования в виде диагностической карты.

Хронометраж позволяет определить оперативные затраты труда на выполнение операций технического обслуживания, ремонта изделия. Результаты хронометража заносятся в хронокарту, которая также содержит полные сведения об изделии, рабочем месте, исполнителе.

Анализ документации учета и отчетности предприятия позволяет получить информацию о надежности по отчетной информации (путевые, ремонтные листы и т.п.) о пробеге автомобилей, о расходе топливосмазочных материалов и запчастях, об издержках на ремонт автомобилей, о выполнении ремонтов и ТО подвижного состава предприятия.

4.4.4.Методика обработки полной информации

опоказателе надежности

Общая методика математической обработки опытной информации о показателях надежности включает следующие этапы:

построение вариационного ряда информации;

расчет статистического ряда исходной информации;

определение величины смещения начала рассеивания tсм;

определение точечных характеристик распределения показателя надежности: среднего значения и среднеквадратического отклонения показателя надежности (ПН);

проверка информации на выпадающие точки;

116

построение графиков распределения показателя надежности: гистограммы, полигона и кривой накопленной опытной вероятности;

расчет коэффициента вариации и предварительный выбор теоретического закона распределения (ТЗР), определение его параметров;

графическое изображение интегральной F(t) и дифференциальной f(t) функций;

проверка совпадения опытных и теоретических законов распределения ПН по критериям согласия;

определение доверительных границ рассеивания одиночных, средних значений показателя надежности и наибольших возможных ошибок переноса.

1. В качестве исходной информации примера реализации методики принята трудоемкость технического обслуживания ТО-2, определенная у

37 автомобилей КамАЗ-5320 в чел.-ч: 15,08, 14,52, 13,05, 13,72, 13,22, 14,25, 16,43, 14,84, 15,48, 15,91, 14,47, 15,03, 14,81, 15,31, 13,6, 13,18, 20,29, 13,96, 12,07, 15,94, 13,75, 12,21, 12,53, 14,46, 14,56, 15,00, 15,43, 14,95, 13,2, 11,43, 17,18, 16,35, 12,3, 14,77, 17,72, 13,89, 10,64.

2. Вариационный ряд информации представляет собой ряд информации, расположенной в порядке возрастания:

10,64, 11,43, 12,07, 12,21, 12,3, 12,53, 13,05, 13,18, 13,2, 13,22, 13,6, 13,72, 13,75, 13,89, 13,96, 14,25, 14,46, 14,47, 14,52, 14,56, 14,77, 14,81, 14,84, 14,95, 15,00, 15,03, 15,08, 15,31, 15,43, 15,48, 15,91, 15,94, 16,35, 16,43, 17,18, 17,72, 20,29. Общее количество информации N = 37.

3. Статистический ряд информации составляют для упрощения даль-

нейших расчетов, в том случае, когда повторность исходной информации N больше 25 значений показателей надежности.

3.1. Количество интервалов статистического ряда n определяют из уравнения

Полученный результат округляют в сторону увеличения до ближайшего целого числа. Количество интервалов не должно выходить за пределы 6–20, поэтому окончательно n = 7.

3.2. Все интервалы статистического ряда должны быть равны один другому по величине и не иметь разрывов. Величину интервала А определяют по уравнению

трудоемкости ТО-2 в вариационном ряду.

Величину интервала А следует округлять в большую сторону до удобного для дальнейших расчетов значения.

117

3.3. Начальное, среднее и конечное значения показателя надежности для каждого интервала рассчитывают по выражениям

tН,I= tMIN+(i–1)·A, tК,I= tMIN+i·A,

tС,I= (tН,i+ tK,i)/2,

где i – номер интервала, i = 1,...,n.

Например, для 1 интервала статистического ряда tН,1= 10,64+(1–1)·1.38 =10,64 чел.-ч,

tК,1= 10,64+1·1.38 =12,02 чел.-ч,

tС,1= (tН,1+ tK,1)/2 = (10,64 +12,02)/2 =11,33 чел.-ч.

3.4. Для каждого интервала определяют частоту, т.е. количество точек информации, попадающих в интервал. Для этого сравнивают вариационный ряд с начальным и конечным значениями каждого интервала. Результаты заносят в статистический ряд (табл. 4.2).

Таблица 4 . 2 Статистический ряд информации о распределении трудоемкости ТО-2

автомобиля КамАЗ-5320

3.5. Опытную вероятность Рi определяют как отношение числа случаев mi появления показателя надежности в каждом интервале к повторности информации N.

Так, например, в первом интервале частость (опытная вероятность) равна:

P1 mN1 372 0.054. 118

3.6. Накопленная опытная вероятность показывает вероятность попа-

дания показателя надежности в интервал от 0 до конца соответствующего интервала статистического ряда.

Например, для третьего интервала накопленная опытная вероятность будет равна:

4. У многих показателей надежности технических изделий начало рассеивания смещено относительно их нулевого значения.

В инженерных расчетах показателей надежности при определении величины смещения начала рассеивания tсм используется выражение

tсм tmin 0,5 A.

Для предлагаемого примера величина смещения равна: tсм 10,64 0,5 1,38 9,95 чел.-ч.

5. Среднее значение tcp является важной характеристикой показателя надежности. По средним значениям планируют работу изделий, определяют объемы ремонтно-обслуживающих работ.

При наличии статистического ряда среднее значение показателя надежности находят по уравнению

n

tcp tC,i Pi , i 1

где n – количество интервалов в статистическом ряду; tС,i – значение середины i-гo интервала;

Pi – опытная вероятность i-гo интервала.

tcp (11,33 0,054 12,71 0,216 ... 19,61 0,027) 14,47 чел.-ч.

6. Наиболее удобной для расчетов характеристикой рассеивания слу-

жит среднеквадратическое отклонение

В расчете среднеквадратическое отклонение трудоемкости ТО-2 автомобиля будет равно:

(11,33 14,47)2 0,054 ... (19,61 14,47)2 0,027 1,83 чел.-ч.

7. Проверка информации на выпадающие точки. В опытной инфор-

мации о показателях надежности, полученной в процессе наблюдения за изделиями, могут быть ошибочные точки, выпадающие из общего закона

119

распределения. Поэтому перед окончательной математической обработкой информацию проверяют на выпадающие точки.

Проверку информации проводят по правилу «3 », т.е. полученное расчетным путем среднее значение показателя надежности последовательно уменьшают и увеличивают на 3. Если крайние точки информации не выходят за пределы (tcp3 ), все точки информации действительны с вероятностью 99,7 %.

Врасчете нижняя и верхняя границы достоверности информации будут соответственно равны: 14,47 – 3 1,83 = 8,98 чел.-ч (нижняя граница) и 14,47 + 3 1,83 = 19,96 чел.-ч (верхняя граница). Наименьшее значение

трудоемкости в вариационном ряду tmin= 10,64 чел.-ч больше, чем нижняя граница (8,98 чел.-ч); следовательно, эта точка информации действительна.

Наибольшее значение трудоемкости tmax = 20,29 чел.-ч выходит за верхнюю границу достоверности (19,96 чел.-ч). Поэтому она не должна учитываться в дальнейших расчетах.

Так как при проверке выявлены выпадающие точки информации, то необходимо вновь перестроить статистический ряд и пересчитать среднее значение и среднеквадратическое отклонение показателя надежности и вновь проверить информацию на выпадающие точки.

Врезультате пересчета определены новое значение величины ин-

тервала А=1,18 чел.-ч, величина смещения tсм=10,05 чел.-ч, все показатели статистического ряда (табл. 4.3), а также среднее значение tср=14,31 чел.-ч

исреднеквадратическое отклонение σ=1,56 чел.-ч. Повторная проверка выпадающих точек не выявила.

Таблица 4 . 3 Уточненный статистический ряд распределения трудоемкости ТО-2

автомобиля КамАЗ-5320

8. Построение гистограммы, полигона и кривой накопленной опытной вероятности показателя надежности. Составленный по данным

120