Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология испытаний технических систем. Учебное пособие.pdf
Исследовательские испытания проводятся для изучения определен-
ных свойств объекта контроля.
Типовые испытания проводят для оценки эффективности и целесооб-
разности внесенных изменений в конструкцию, рецептуру или технологию
изготовления продукции. Типовым испытаниям подвергают изделия, прошедшие приемочные испытания. Результаты типовых испытаний оформляют актом приемки изделия, подписанным участниками испытаний
и утвержденным руководителем.
Климатические испытания проводят для проверки работоспособно-
сти и сохранности внешнего вида изделия в условиях и после воздействия
климатических факторов. Цель проведения таких испытаний, требования
к объектам и подготовке испытаний, порядок проведения, виды контроля,
правила оформления результатов испытаний устанавливает акт, подписанный заинтересованными сторонами.
Электрические испытания проводят при испытании опытных и се-
рийных образцов для проверки электрического сопротивления изоляции.
Основным видом воздействия являются электрические нагрузки.
Механические испытания определяют способность изделия выпол-
нять заданные функции в условиях воздействия механических факторов.
Цель проведения испытаний на воздействие механических факторов, виды
испытаний, требования к объектам, порядок проведения, виды контроля,
правила оформления результатов испытаний устанавливает стандарт или
ТУ на данное изделие.
Сравнительные испытания – испытания, проведенные в идентичных
условиях для сравнения характеристик качества двух или более изделий.
Эти испытания позволяют без значительных затрат непрерывно кон-
тролировать производственный процесс, выявлять конструктивно-технологические недоработки, непрерывно оценивать эффективность разрабатываемых мероприятий и прогнозировать интенсивность внезапных
и постепенных отказов изделий.
Разновидностью сравнительных испытаний являются эквивалентные
испытания двух или более групп изделий с одинаковыми свойствами при
одинаковых или различных воздействиях на них.
11
2. ВИДЫ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Современные машины и агрегаты эксплуатируются в сложных условиях, характеризуемых широким диапазоном режимов работы, температуры, влажности, давления, уровней радиации, непрерывным ростом нагрузок, скоростей и длительности эксплуатации.
Задача проведения испытаний состоит в том, чтобы максимально приблизить условия испытаний к экстремальным условиям эксплуатации
и количественно определить изменение в этих условиях основных свойств,
функций и характеристик изделия.
Виды воздействующих факторов устанавливаются в ГОСТ и ТУ, а для
вновь создаваемой продукции – в ТЗ на их разработку. К основным воздействующим факторам относят:
‒ механические;
‒ климатические;
‒ биологические;
‒ специальные среды;
‒ ионизирующие и электромагнитные излучения.
Изделия серийного и массового производства испытывают периоди-
чески, через определенный срок, или после выпуска определенной партии
изделий в зависимости от группы исполнения, стабильности производства
и конструкторско-технологических особенностей изделия. При проведении испытаний через определенный срок периодичность выбирают из ряда 1, 3, 6, 12, 18, 24 месяца. Периодичность испытаний определяется технологическим процессом изготовления, качеством основных материалов,
обуславливающих стойкость к воздействию внешних факторов, а также
вводимыми изменениями конструкции изделия.
Механические воздействия представляют собой:
1) статические нагрузки;
2) вибрационные нагрузки;
3) ударные нагрузки;
4) линейные ускорения;
5) акустический шум.
12
Все эти виды механических воздействий вызывают разрушения вслед-
ствие растяжения, сжатия, изгиба, кручения, среза, вдавливания и усталости
материала изделия.
Основные механические свойства материалов, подлежащие контролю, – это прочность, эластичность, твердость, ударная вязкость и выносливость.
Прочность к воздействию механических факторов – это способность
изделия выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах
установленных норм после воздействия механических факторов.
Эластичность – способность к упругой растяжимости материала.
При этом различают относительное удлинение, т. е. увеличение длины
образца, отнесенное к его первоначальной длине, и относительное суже-
ние, т. е. уменьшение площади поперечного сечения образца, отнесенное
к его первоначальной площади.
Твердость – мера сопротивления материала пластической дефор-
мации.
Ударная вязкость характеризует динамическую прочность материала,
т. е. его способность сопротивляться разрушению при динамических нагрузках.
Выносливость – это способность сопротивляться действию динами-
ческих нагрузок.
Наиболее распространенным фактором динамического воздействия
при испытаниях являются вибрационные нагрузки. Возникающие при вибрациях инерционные силы могут вызвать напряжения, превышающие
пределы прочности и выносливости материала. Интенсивность воздействия вибрации характеризуется частотой и амплитудой колебаний, а также величиной максимального ускорения. Вибрации представляют собой
механические колебания в диапазоне частот 0,1–20 000 Гц, амплитуд перемещений 0,001 мкм – 1000 мм, амплитуд ускорений до 1000 м/с2.
Вибрационные нагрузки, создаваемые различными установками,
а также несбалансированными вращающимися частями машин, вызывают
разрушение усталостного характера. В зависимости от величины и вида
вибрационных нагрузок устанавливают степень жесткости изделия и про-
13
водят испытания на вибропрочность, виброустойчивость и обнаружение
резонансов конструкции.
Ударные нагрузки могут быть одиночными, многократными и ком-
плексными. Одиночные и многократные ударные процессы могут воздействовать на объект в горизонтальной, вертикальной и наклонной плоскостях. Комплексные ударные нагрузки оказывают воздействие на объект
в двух или трех взаимно перпендикулярных плоскостях одновременно.
Основными параметрами ударного процесса являются ускорение, перемещение, скорость, деформация. Величина перегрузки при ударе, характер и скорость распространения напряжений по изделию определяются
силой и продолжительностью удара, а также характером изменения ускорения. Длительность ударных импульсов колеблется от 1 мкс до 1000 мкс,
а амплитуды ускорений от 1 до 106 м/с2.
Разрушающее воздействие могут оказывать также нагрузки от линейных ускорений, возникающие в узлах вращающихся механизмов. При
этом линейные ускорения изменяются до 104 м/с2.
Акустический шум – в большинстве случаев мешающий фактор, который также может влиять на способность изделий выполнять свои функции. Наиболее распространенные частоты шума 125–10 000 Гц, максимальный уровень звукового давления 200 дБ и более. Для определения
воздействия на изделия изменения частоты шума проводят испытания током меняющейся частоты 125–10 000 Гц. Механизм разрушительного действия звукового давления аналогичен разрушительному воздействию вибрации, поскольку в результате его действия возникает так называемый
микрофонный эффект и появляются резонансные явления.
14
Значения температуры, оС
Верхнее
Нижнее
3. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И НАГРУЖЕННОСТИ
ИЗДЕЛИЙ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ
3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ (ИСПЫТАНИЙ)
Условия эксплуатации изделия – это совокупность факторов, обуслов-
ленных влиянием окружающей среды и условий применения изделия.
Классификация условий эксплуатации заключается в выборе факторов, влияющих на свойства и эффективность функционирования изделия.
При классификации внешние воздействующие факторы должны подразделяться на следующие классы:
‒ механические;
‒ климатические;
‒ биологические;
‒ радиационные;
‒ электромагнитные;
‒ специальных сред;
‒ термические.
Каждый класс делится на группы, а каждая группа – на виды
(рис. 3.1). С учетом классификации условий эксплуатации разрабатываются методы испытаний с воспроизведением эксплуатационных режимов
(табл. 3.1).
Таблица 3.1
Рекомендуемая классификация климатических условий
Климат
1. Умеренный
+40
–40
2. Умеренный и холодный
3. Влажный тропический
4. Сухой тропический
5. Общий
6. Умеренно холодный
7. Очень холодный
+40
+45
+45
+45
+45
+45
–60
+1
–10
–10
–40
–60
15
МЕХАНИЧЕСКИЕ
Синус-
шум
Мех. удар.
Линейные
ускорение
Статическое
давление
Постоянная
КЛИМАТИЧЕСКИЕ
АТМОСФЕРНОЕ
ТЕМПЕРАТУРА
ВЛАЖНОСТЬ
АТМОСФЕРНЫЕ
Повышение
атм. давления
Повышение
температуры среды
Повышение
влажности
Выпадающие
(дождь, снег, град)
БИОЛОГИЧЕСКИЕ
БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ
ЖИВОТНЫЕ
ПОЗВОНОЧНЫЕ
ЖИВОТНЫЕ
Бактерии, грибы,
лишайники
Моллюски, черви
Рыбы, птицы,
млекопитающие
РАДИАЦИОННЫЕ
α и β-излучения, γ-излучение,
Рис. 3.1. Классификация внешних факторов (см. также с. 17)
КОЛЕБАНИЯ
вибрация.
Случайная
вибрация.
Акустический
ДАВЛЕНИЕ
(понижение)
УДАР УСКОРЕНИЯ МЕХ. ДАВЛЕНИЕ СИЛА
Удар при
свободном
падении.
Гидр. удар
СРЕДЫ
(понижение)
ускорения.
Угловые
ускорения.
Центрострем.
(понижение)
давление.
Гидравлическое давление.
Динамическое
ВОЗДУХА
сила.
Переменная
сила.
Момент
ОСАДКИ
осадки
РАСТЕНИЯ
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
рентгеновское излучение,
нейтронное и протонное излучение
16
Импульсное электрическое поле.
Постоянный электрический ток.
КИСЛОТНО-
ЩЕЛОЧНАЯ СРЕДА
МАСЛА
И СМАЗКИ
СПЕЦИАЛЬНЫЕ
СРЕДЫ
Неорганические
Синтетические
На основе
Рабочие растворы,
ТЕРМИЧЕСКИЕ
Световое излучение.
Аэродинамический нагрев.
Рис. 3.1. Классификация внешних факторов (окончание рисунка)
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Переменный электрический ток.
Электрический импульс тока
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СРЕДЫ
Магнитное поле.
Высокочастотное электромагнитное поле
ТОПЛИВА
и органические химические соединения
ТЕПЛОВОЙ УДАР НАГРЕВ
Термический удар
и на основе
нефтепродуктов
спирта
и нефтепродуктов
Нагрев трением.
Пламя
поток газа, отравляющие вещества
17
Значения температуры воздуха, оС
Рабочие
Предельные
Верхнее
Нижнее
Среднее
Верхнее
Нижнее
Умеренный
+40
–45
+10
+45
–50
Холодный
+40
–60
+10
+45
–60
Влажный
+45
+1
+27
+50
+1
Сухой
+45
–10
+27
+55
–10
Умеренно
+40
–40
+10
+45
–40
Тропический
+45
+1
+27
+45
+1
Рекомендуемые температурные условия испытаний в зависимости от
климатического исполнения изделия приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Температурные условия испытаний
Климат
тропический
тропический
+40
+35
+40
+35
+45
+25
+45
+35
+45
+25
+45
–10
–5
–10
–10
+1
+10
+10
+1
+1
+10
+10
+10
+10
+10
+10
+27
+20
+27
+10
+27
+20
+27
+45
+35
+45
+35
+50
+40
+45
+35
+55
+40
+45
–10
–5
–10
–10
+1
+1
+10
+1
+1
+1
+10
холодный
морской
морской
низмов показан на рис. 3.2.
+35
+40
+35
+40
+45
+25
+45
+1
–10
+15
+1
+1
+10
+1
+10
+20
+20
+20
+27
+20
+27
+35
+40
+40
+40
+45
+40
+45
+1
–10
+1
+1
+1
+1
+1
Пример условий испытаний сельскохозяйственных машин и меха-
18
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ
УСЛОВИЯ
t воздуха
t средняя, оС
t предельная, оС
Относительная
влажность воздуха
Определяется
психрометром
Скорость ветра
Определяется
анемометром
Направление ветра
Определяется
телем
Величина
комков
Влажность
почвы
Твердость
почвы
Плотность
почвы
крупные ≤ 100 мм;
определяется путем
бурения
определяется
твердомером
определяется путем
бурения
Рельеф поля
Микрорельеф
участка
Засоренность
почвы
Определяется
сорняков
Определяется
нивелиром
Определяется
Рис. 3.2. Условия испытаний
ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЫ
глыбистые < 100 мм;
мелкоглыбистые < 50 мм;
комковитые < 10 мм;
мелкокомковитые < 5 мм
флюгеруказа-
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЯ
эклиметром или
профилографом
или координатной
сеткой (рейкой)
количеством корней древесины,
для сельскохозяйственных машин и агрегатов
Условия эксплуатации определяются с целью выбора методов и средств
оценки эксплуатационной нагруженности изделий.
19
1. Цель
Определение НДС в связи с расчетом на прочность.
2. Тип, размеры
Основные размеры, существенные для выбора метода иссле-
3. Объем
Определение полей деформации, напряжений и перемещений.
3.2. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ИЗДЕЛИЙ
Одним из основных видов эксплуатационной нагруженности изделий,
оказывающих доминирующее влияние на их работоспособность, является
механическое воздействие. Это воздействие обусловлено следующими
факторами:
‒ весом груза и самого изделия;
‒ инерционными силами;
‒ температурным воздействием;
‒ термическим расширением.
Эксплуатационная нагруженность изделий, возникающая при меха-
ническом воздействии, т. е. деформации, напряжения и перемещения, возникающие в материалах, должны устанавливаться на стадиях проектирования и доводки изделия. Основные условия, определяющие выбор экспериментального метода определения деформаций, напряжений и перемещений в деталях и узлах изделий, представлены в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Условия выбора экспериментального метода
Условия задачи Исходные сведения, необходимые для описания задачи
исследования
и особенности
исследуемой
конструкции
Оптимизация конструкции по условию прочности.
Контрольные и сдаточные испытания на прочность.
Определение механических характеристик материалов
дования.
Тип конструкции: деталь плоская, объемная, стержневая, оболочечная.
Особенности технического выполнения конструкции
(сварная, сборная, монолитная)
исследования
Определение напряжений в отдельных точках и сечениях
изделия.
Необходимость многоточечных измерений и их автоматизация
20