7.3. Организация и планирование испытаний на надежность

Испытания на надежность проводятся для сбора статистических данных об отказах элементов машин и оценки по этим данным фактического уровня надежности.

В общих чертах сущность испытания сводится к следующему. На испытание ставится некоторое заранее спланированное количество изделий или элементов изделий. В процессе испытания регистрируются отказы изделий, время их исправной работы и простои для обнаружения и устранения неисправностей. Эта информация и служит основой для оценки уровня надежности.

Методы испытаний систематизированы и приведены на рис. 7.3. Как видно из рисунка все испытания на надежность можно разделить на 3 группы: испытания на обнаружение внезапных отказов; испытание на обнаружение и регистрацию постепенных (износовых) отказов; комплексные испытания, которым, как правило, подвергается машина в целом.

Условия испытаний видны из этой же диаграммы.

При испытаниях на надежность приходится решать самые разнообразные инженерно-физические и статистические задачи. Разновидности решаемых задач сведены в блок-диаграмму на рис. 7.4. Из этой диаграммы видно, что испытания призваны решить следующие задачи:

1. Комплекс задач, охватывающих все вопросы оценки надежности по результатам испытаний большого числа изделий, называется генеральной совокупностью. Основными характеристиками, определяемыми путем испытаний, являются: распределение отказов во времени или по величине наработки.

2. Организация испытаний предусматривает следующий порядок сбора информации:

а) при испытании опытного образца все изделия данной модели подвергаются сплошной проверке;

б) при серийном или массовом производстве и при стопроцентном контроле на надежность определяется общий фонд времени работы и его распределение;

в) при серийном или массовом производстве с целью периодического получения данных по надежности проводятся контрольные испытания изделий, изготовляемых в течение заранее установленного контрольного периода;

г) во многих случаях подвергаются испытаниям выбранные партии деталей. Обычно таким испытаниям подвергают детали, являющиеся слабыми звеньями устройств. Получаемые при испытаниях данные должны удовлетворять требованию состоятельности, несмещенности, эффективности и соответствия принципу наибольшего правдоподобия.

По типу распределения отказов испытания машин и их элементов подразделяются на испытания на внезапные, аварийные отказы и износовые (постепенные) отказы. Приработочные отказы должны быть устранены обкаткой или отбраковкой дефектных элементов. Применяются также комплексные испытания в которых учитываются все виды отказов.

Рис 7.3. Классификация методов испытания на надежность

Рис. 7.4. Схема инженерно-физических и статистических задач

при испытаниях на надежность

7.4. Методы форсирования испытаний

Ранее неоднократно указывалось, что получение достоверных данных по характеристикам надежности требует большого количества испытаний, которые весьма часто занимают недопустимо большие промежутки времени.

Поэтому большим резервом экономии времени и средств является форсирование испытаний.

Под форсированными испытаниями понимаются такие испытания, которые осуществляются в более жестких эксплуатационных условиях, чем те, в которых изделие будет работать в процессе нормальной эксплуатации.

Форсирование испытаний можно осуществить за счет ряда факторов, приведенных на рис. 7.5.

Степень форсирования характеризуется коэффициентом ускорения, равным:

К_у = Т_н / Т_ф,

где

Т_н — среднее время работы элемента при нормальных условиях эксплуатации.

Т_ф — то же, при форсированных испытаниях.

Рассмотрим кратко основные методы форсирования испытаний.

а) Увеличение режима работы изделия.

Увеличение режима работы изделия производится в первую очередь за счет повышения действующих скоростей и нагрузок, температур, добавления агрессивных реагентов в среду и т.д. Степень усиления режима должна выбираться таким образом, чтобы вид и характер старения элемента при нормальной эксплуатации и при форсированном испытании был идентичным. Для определения коэффициента ускорения нужно знать физико-математическое описание закономерности старения элемента от данного параметра (скорости, температуры и т.д.).

Рис. 7.5. Методы форсирования испытаний.

Например, при изнашивании в условиях линейной зависимости износа от давления р и скорости V, что имеет место при абразивном изнашивании

б) Сокращение простоев и холостых ходов.

Создание таких условий, когда изделие работает более интенсивно за счет сокращения холостых ходов и простоев, позволяет форсировать испытания и ускорить получение результатов. Поэтому при планировании испытаний необходимо стремиться к минимальному значению времени холостых ходов и простоев. В этом случае

где Т_р — время непрерывной работы изделия, Т_х — время холостого хода или простоя.

в) Увеличение точности измерения параметров.

В тех случаях, когда в изделии имеют место постепенные отказы и скорость старения элемента известна, не обязательно доводить процесс испытания до предельного состояния. Можно краткосрочным опытом определить скорость старения, а затем проводить соответствующие расчеты.

Для этой цели необходимо повысить точность измерения параметров старения, чтобы сохранить условие, при котором предельная погрешность метода измерения была много меньше предельного значения измеряемой величины.

В испытаниях станков на технологическую надежность по точности принимают условный допуск на точность меньше действительного. Тогда при достижении границы условного поля допуска будет иметь место условный отказ. Коэффициент ускорения в этом случае

где

δ — истинный допуск на точность станка, δ_у — условный допуск.

г) Метод сопряженных распределений.

В ряде случаев сокращение времени испытания можно получить, если установить связь между требуемыми показателями надежности и теми параметрами машины, которые определяют эти показатели.

Например, при обработке деталей на станке выходными параметрами являются точность детали и качество поверхностного слоя (шероховатость).

Время выпуска годных деталей можно определить, зная изменение шероховатости и точности во времени.

д) Форсирование моделированием.

Данный метод заключается в моделировании работы изделия и, следовательно, — процесса старения. Моделирование может осуществляться на физических моделях, копирующих работу изделия, либо на вычислительных, аналоговых машинах, когда имеется возможность дать математическое описание процесса старения, включая граничные и начальные условия.

е) Испытания с использованием физики старения.

Если на основании экспериментальных исследований раскрыта физика явления старения элемента, то время испытаний может быть сокращено до минимума.

Действительно, если скорость старения будет функцией некоторых физических параметров (случайных аргументов) γ = f(α₁; α₂; … α_n), то и безотказность работы изделия будет функцией этих параметров.

P(t)^F(a₁; a₂;….a_n).

Этот метод требует сложных предварительных исследований установления границ применимости полученных закономерностей, оценки условий, оценки фактической величины физических параметров и т.д.

ЛИТЕРАТУРА

Проников А.С. (ред.). Основные вопросы надежности и долговечности машин. МАТИ. М., 1969.

Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Изд. «Наука», 1969.

Смирнов Н.В., Дудин-Барковский. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. Изд. «Наука», М., 1965.