Ускоренные испытания – испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимой информации о характеристиках свойств объекта в более короткий срок, чем при нормальных испытаниях или, что то же самое, при проектных условиях эксплуатации. Ускоренные испытания подразделяются на сокращенные и форсированные.

Сокращенные испытания – ускоренные испытания без интенсификации процессов, вызывающих отказы или повреждения. Проведение сокращенных испытаний оправдано в случаях, когда возможен обоснованный прогноз поведения объекта при наработке, превышающей длительность проведенных испытаний.

Форсированные испытания – ускоренные испытания с интенсификацией процессов, вызывающих отказы или повреждения. Результаты форсированных испытаний представительны для нормальных условий эксплуатации объекта тогда, когда имеются однозначные зависимости между воздействующим фактором и показателем надежности. Такие зависимости называю базовыми зависимостями.

Ускорение испытаний характеризуется коэффициентом ускорения – числом, показывающим, во сколько раз продолжительность ускоренных испытаний меньше продолжительности нормальных испытаний (по наработке или по календарному времени). Форсируемый в испытаниях параметр называется ускоряющим фактором испытаний .

На практике применяются различные методы ускоренных испытаний:

Метод линейного возрастания нагружения – метод испытаний, в котором ускорение достигается при линейном повышении нагрузки во времени. Метод применим при линейной зависимости определяющих параметров от времени и постоянной скорости деградационных процессов в условиях эксплуатации.

Метод экстраполяции по нагрузке – метод испытаний при нескольких повышенных уровнях нагрузки и последующей экстраполяции результатов на нормальный уровень нагрузки. Метод применим, когда имеется однозначная зависимость определяемого показателя надежности от нагрузки.

Метод экстраполяции по времени – метод испытаний при нормальных нагрузках в течение времени, за которое накапливаются сведения о накоплении повреждений, достаточные для их экстраполяции на заданную наработку или до наступления отказа. Экстраполяцию нежелательно распространять на интервалы времени, превышающие время испытаний более чем в 1,5 раза.

Метод одноступенчатого нагружения («доламывания») – метод испытаний, в котором объект подвергается повышенной нагрузке после длительной работы при нормальной нагрузке. Применение этого метода правомерно при условии корректности принципа суммирования повреждений. На практике этот режим реализуется следующим образом: после нормальных испытаний объект подвергают форсированным испытаниям до исчерпания ресурса работоспособного состояния. Оценивают остаточный ресурс при форсированном режиме. Сравнивают его с полным средним ресурсом объекта в форсированном режиме. Если этих сведений нет, то проводят испытания новых объектов в форсированном режиме для оценки среднего ресурса. Сравнение полного и остаточного ресурса позволяет оценить степень исчерпания ресурса в проведенных нормальных испытаниях объекта и его полный ресурс в условиях эксплуатации.

Метод интенсификации приработки – метод испытаний, в котором форсируется период приработки. Применим, когда объекту присущ длительный период приработки.

Метод эквивалентных испытаний – метод, в котором испытания проводятся при повышенных нагрузках с анализом влияния на надежность каждого вида нагружения.

Методы уплотнения графика испытаний – методы, в которых сокращаются промежутки между циклами испытаний или увеличивается скорость нагружения. В этом методе есть вероятность получить консервативную оценку показателя надежности.

Метод усечения спектра нагрузок – метод испытаний, в котором исключаются режимы нагружения, характерные для условий эксплуатации, но слабо влияющие на надежность. Применение этого метода правомерно, когда есть полная уверенность относительно слабого влияния на надежность исключенных из графика испытаний режимов.

Метод сравнения с аналогами – метод испытаний в форсированных режимах со сравнением результатов испытаний с результатами, полученными на аналогичных объектах. Выводы по результатам сравнения могут распространяться на эти же режимы или на нормальные условия, в зависимости от объема и полноты имеющейся информации по аналогам.

Результаты ускоренных и нормальных испытаний должны быть сопоставимы, т.е. при идентичной природе отказа получаемые в этих испытаниях значения показателей надежности должны быть одинаковы. Например, равенство вероятности безотказной работы, получаемой в ускоренных (индекс «у») и нормальных (индекс «н») испытаниях, при экспоненциальном законе ее распределения означает выполнение равенства: ехр (-λ н t н )=ехр (-λ у t у ). Получив в ускоренных испытаниях значение интенсивности отказов, можно оценить интенсивность отказов в нормальных условиях из соотношения λ у =λ н k , полагая при этом, что коэффициент ускорения испытаний по времени k=t н/ t у при выбранных нагрузках эквивалентен коэффициенту ускорения испытаний по показателю надежности (вероятности безотказной работы).

Основной вопрос планирования ускоренных испытаний заключается в наличии базовой зависимости, отражающей влияние воздействующего фактора или нагрузки на показатель надежности. Источниками базовых зависимостей могут быть доступные сведения об аналогах. Если таковых нет, то для нахождения базовой зависимости проводятся исследовательские испытания в требуемом диапазоне изменения параметров испытаний. Следующий шаг – выбор ускоряющего фактора и режима ускоренных испытаний. В любом случае при планировании и проведении ускоренных испытаний учитываются результаты всех видов испытаний, проведенных при разработке и постановке на производство данного изделия.

Основное условие при выборе ускоряющего фактора – неизменность по сравнению с нормальными условиями физико-химических процессов, влияющих на надежность. Ускоряющий фактор должен хорошо контролироваться, легко меняться и воспроизводиться. Чаще всего этим требованиям удовлетворяет повышенная температура. Например: При отказах под воздействием термоактивируемых процессов средняя интенсивность отказов (и средняя наработка до отказа тоже) зависит от температуры по закону Аррениуса: λ=λ 0 ехр (-Е/kТ ). Или, общепринятая зависимость длительной прочности от температуры Т и напряжения σ при сроке службы более 100 тыс. часов имеет вид: Т р =аТ 2 σ -n ехр (b-сσ ).

Доводочные

Приемо-сдаточные

Исследовательские

Предварительные

(заводские)

Приемочные

Аттестационные

Периодические

Квалификационные

Типовые

Статические

Динамические

На надежность

Ведомственные

Межведомственные

Государственные

Безотказность

Долговечность

(ресурсные)

Ремонтопригодность

Сохраняемость

Дополнительные и прочие

Контрольные

Лабораторные

Стендовые

Полигонные на опытных РТК

Эксплуатационные

Ускоренные

Нормальные

Расширенные

По любому виду, в любом месте и интенсификации по решению разработчика.

Форсированные

Сокращенные

Сравнительные

Табл.7. Классификация основных видов испытаний

5.14.3. Контрольные испытания ПР.

Параметры ПР проверяемые при контрольных испытаниях условно делятся на шесть групп:

Параметры назначения и применения:

тип ПР;
выполняемые им операции;
номенклатура и число единиц обслуживаемого оборудования;
вид обслуживаемого производства и серийность;
и т.п.

Основные параметры и размеры: характеризующие как ПР так и его составные части:

номинальная грузоподъемность;
количество рук и захватов;
число степеней подвижности;
величины и скорости перемещений по координатам;
погрешность позиционирования;
вид системы координат в которой работает ПР;
тип привода, системы управления;
масса и габариты;

Параметры безопасной и безаварийной работы:

сопротивление заземления;
сопротивление изоляции силовых цепей и цепей систем управления;
электрическая прочность изоляции силовых цепей;
отключение ПР при выходе параметров энергопитания за установленные пределы;
ограничение максимальных перемещений исполнительного устройства;
наличие блокировок автоматической работы ПР, исключающих проникновение человека в рабочее пространство;
надежность захватывания и удержания объекта, в том числе при внезапном отключении сети и при нажатии кнопки «аварийный стоп»;
и т.д.

В группу эксплуатационных параметров входят:

нагрев узлов и компонентов;
потребляемая мощность;
расход рабочего тела;
помехозащищенность;
климатическая устойчивость;
виброустойчивость;
и др.

Номенклатура параметров надежности определена по ГОСТ 4.480-87 «Роботы промышленные. Номенклатура основных показателей».
Номенклатура технологических параметров зависит от типа ПР. Примерами могут служить для:

-вспомогательных (подъемно-транспортных) ПР –

правильность загрузки технологического оборудования и взаимодействия с ним;

-сварочных ПР –

формирование шва;
глубина проплавления;
наличие пор и посторонних включений;

-окрасочных ПР –

сплошность и толщина покрытий и т.п.

-сборочных ПР –

соответствие правильности сборки и работоспособности сборочного узла требованиям технической эксплуатации;

-адаптивные ПР –

точность и время определения требуемого параметра.

Порядок контрольных испытаний включает в себя следующие основные этапы:

проверка к подготовке проведения испытаний;
проверка ТД;
испытание ПР при трех состояниях:

а. При неподвижных механизмах и отсутствии нагрузки на выходных элементах (проверка ПР в исходном состоянии);

Б. При движении ПР и отсутствии нагрузки на выходных механизмах (проверка ПР на холостых режимах) ;

В. при движении ПР и нагрузках на выходных элементах (испытание ПР под нагрузкой);

составление протокола по результатам испытаний.

Программа проведения испытаний ПР определяется

ГОСТ 15.001-73 «Разработка и постановка продукции на производство. Основные положения;
ГОСТ 26053-84;
Методическими документами Росстандарта;
Отраслевыми нормативными документами, которые регламентируют
Предприятие, которое проводит испытание;
Место и сроки проведения испытаний;
Количество образцов, подвергаемых испытаниям;
Порядок разработки, согласования и утверждения программ испытания;
Перечень документов представляемых на испытании;
Оформление испытаний.

Приемосдаточные испытания имеют своей целью контроль качества готовой продукции на соответствие ТУ по результатам принимается решение о ее пригодности эксплуатации.

Проводятся ОТК предприятия изготовителя.

Испытывается каждое изделие.

Результаты испытаний заносятся в сопроводительную документацию на ПР в виде отметки о приемки ПР.

Предварительные испытания ПР проводятся для определения возможности предъявления опытных образцов на приемочные испытания.
Приемочные испытания ПР служат для проверки соответствия опытных образцов ТЗ и ТУ, а так же решения вопроса целесообразности постановки ПР на производство.

Предварительные и приемочные испытания проводятся по единым программам испытаний на заводе изготовителе опытных образцов.

Квалификационные испытания установочной серии проводят в целях оценки готовности производства к выпуску серийной продукции на основе отработанного производственного техпроцесса.
Аттестационные испытания осуществляются по ТУ. Рекомендуется совмещать приемочные и аттестационные испытания или периодическими.
Периодические испытания ПР проводятся в целях сравнения качества серийной продукции, выпущенной в разное время. Количество испытаний устанавливается в ТУ. Испытания проводятся после ПСИ.
Типовые испытания ПР служат для оценки эффективности изменений, внесенных в серийное изделие. Объем и необходимость устанавливается по согласованию изготовителя с разработчиком.

Требования к условиям проведения контрольных испытаний.

На месте испытаний должна быть полная имитация реальных условий эксплуатации проверяемого образца ПР, включая:

состояние окружающей среды (запыленность, загазованность, влажность, температура и т.п.);
показатели энергопитания;
уровень вибраций и помех;
наличие объектов манипулирования согласно эксплуатационным условиям (размеры, температура, масло на поверхности, шероховатость и т.д.)

Особое внимание должно быть уделено технике безопасности на участке, где проводится испытание.

должен быть огражден, установлены соответствующие предупредительные надписи и знаки и запрещен вход посторонним лицам;
в рабочем пространстве не должно находиться посторонних предметов;
оборудование и приборы испытания должны быть заземлены;
должно быть обеспечено условие визуального контроля;
обслуживание и наладка должна проводится лицами, прошедшими обучение и имеющими соответствующую квалификацию и инструктаж по ТБ;
при работе в автоматическом режиме у пульта должен находится оператор;
при первых же признаках неполадок и сбоев ПР должен быть отключен;

Требования к испытываемым образцам.

На испытание ПР должен передаваться в пригодном для эксплуатации состоянии и комплектности и прошедший контроль ОТК, с соответствующей сопроводительной документацией.

Испытываемые образцы должны быть заполнены соответствующими жидкостями, подсоединены к электрической сети и пневмосети, отрегулированы в соответствии с инструкцией по эксплуатации и обкатаны до той степени, которая бы исключила возможность изменения свойств при испытании.

При проведении приемочных испытаний ПР должен испытываться в комплекте с технологическим оборудованием или имитационным стендом. ПР устанавливается в помещении с соответствующей его эксплуатации среде.

Требования к средствам измерения.

Средства измерений выбираются в соответствии с функциональными назначениями ПР, объемом испытаний, точностью определения отдельных параметров и указываются в МУ испытаний.

Средства измерения должны быть проверены, аттестованы, опломбированы и иметь соответствующий паспорт.

При замерах в показаниях должны быть внесены погрешности измерений приборов в соответствии с указаниями в паспортах.

Жесткость стендов, стоек и т.п. приспособлений для измерений и точность приборов должна быть на порядок выше замеряемых параметров.

^ Методика определения параметров и осуществления проверок специфичных для ПР устанавливается для каждого в отдельности этапа испытаний и определяется его назначением, условиями эксплуатации, требованиями к точности позиционирования и манипулирования.

Методики разрабатываются на следующие виды проверок. Должны быть проверены по методикам:

возможность работы механизма ПР на холостом ходу;
действие блокировок, обеспечивающих безотказную и безаварийную работу ПР;
совместная работа ПР с системой управления;
проверка номинальной грузоподъемности;
время перемещения;
максимальные скорости перемещений;
погрешность позиционирования;
усилие захватывания и удержания объекта;
испытание ПР при работе под нагрузкой на безотказность и надежность;
и т.п.

5.15. Ресурсные испытания ПР.

5.15.1. Особенности ресурсных испытаний - комплексные испытания, позволяющие провести прямую оценку как надежности (безотказности, ремонтопригодности, долговечности), так и основных характеристик (динамических свойств, контролепригодности, степени диагностирования и стойкости к внешним воздействиям ПР) в течение длительного периода времени. Ресурсные испытания проводятся на заводе-изготовителе.

Цель – определение фактических показателей надежности (безотказность, ремонтопригодность, долговечность) и разработка рекомендаций по их повышению.

Цель достигается оценкой показателей с помощью испытаний и сравнение их с показателями ТУ по выборкам (образцам) ПР.

В соответствии с правилами задания показателей надежности в документации устанавливается, к какому классу систем, типу режимов эксплуатации, группе надежности и принципу ограничения длительности использования относится испытуемая выборка (образец) ПР.

На основании установленной классификации выбираются показатели надежности , по которым проводится оценка выборок, прошедшей ресурсные испытания.

В качестве основного показателя безотказности целесообразно использовать среднюю наработку на отказ (между отказами).

ремонтопригодности целесообразно использовать среднее значение:

время восстановления;

- оперативной трудоемкости текущего ремонта и межремонтного обслуживания;

оперативной трудоемкости среднего ремонта;
оперативной трудоемкости капитального ремонта.

В качестве основных показателей долговечности целесообразно использовать средние значения:

ресурса;
ресурса до капитального ремонта;
срока службы;
срока службы до капитального ремонта.

Динамические свойства оцениваются по специальной подпрограмме в зависимости от целей и задач испытаний.

Конролепригодность проверяется по ГОСТ26656-8.

5.15.2. Условия проведения ресурсных испытаний (РИ).

Подразделяются на:

испытания в нормативном режиме (НР);
ускоренном режиме (УР).

Здесь проводится расчет времени наработки, коэффициента ускорения оценки ресурса (по скорости движения, по значениям перемещений, по силе инерции, по числу изменений режимов, по температуре, по напряжению эл.сети, по вибрации и т.п.) и расчет среднего значения коэффициента ускорения оценки ресурса по каждой программе испытаний.

Составные части РИ . К ним обносится – предварительная, основная и заключительная части РИ.

Предварительная часть включает функциональный и расчетно-конструкторский анализ.

^ Функциональный анализ проводится разработчиком и сводится к определению, к какой из функциональных групп относится ПР и в зависимости от этого выбирается критерий работоспособности и назначаются соответственно режим и нагрузочное воздействие при последующих испытаниях.

^ Расчетно-конструкторский анализ проводится после функционального и здесь определяется, прогнозируется наиболее слабые элементы, которые могут в значительной степени повлиять на ресурс ПР в целом.

^ Основная часть ресурсных испытаний состоит из испытаний в нормальном (НР) и ускоренном режиме (УР), включающих контрольно-определительные испытания (КОИ) и испытания слабых элементов (ИСЭ).

КОИ – проводятся в целях подтверждения правильности выбора слабых элементов, а также определения конструктивных и технологических дефектов изготовления, которые проявляются в 1,5-2 мес. КОИ. Этому способствуют ускоренные испытания. В результате КОИ определяют узлы, влияющие на функционирование.

ИСЭ – проводят ускоренными методами и подразделяют на испытание на функционирование, изнашивание, усталость и оценку внезапно проявляющихся отказов, долговечность.

ИСЭ на функционирование с целью получения статистических данных проводится во всех случаях, когда к ПР предъявляются высокие требования по точности позиционирования.

Объем выборок для РИ в НР и УР – минимальный в три выборки.

Порядок подготовки ПР к РИ должен соответствовать ТУ и ПИ (программа испытаний).

^ 5.15.3. Программы ресурсных испытаний.

Все РИ начинаются с проверки технических характеристик и конструктивных параметров требованиям ТУ в объеме ПСИ.

Составные части программы РИ в НР :

программа1, представляющая КОИ с воздействием на ПР различных факторов;
программа2, представляющая ИСЭ с воздействием на ПР различных факторов.

Программа 1 состоит из следующих этапов :

этап 1 – испытания по определению фактических показателей надежности ПР в нормальных условиях в соответствии с ТУ; Продолжит. 500ч + t ПСИ
этап 2 – испытания по определению фактических показателей надежности ПР при различных комбинациях значений, воздействующих на ПР внешних факторов. Выбор комбинаций, воздействующих факторов каждый раз определяется на основании имеющейся информации математической модели влияния факторов на ПР и его показатели надежности. Продолжит. 3000 – 3200 ч.

В качестве воздействующих факторов можно брать:

скорость руки манипулятора;
перемещение руки манипулятора;
грузоподъемность;
число изменений режимов работы;
температуру окружающей среды;
и т.д.

Наиболее активно воздействующими можно считать факторы:

температуру окружающей среды;
запыленность, загазованность;
напряжение эл.сети;
вибро нагрузки;
давление в сети пневмо-гидро.

Все значения должны соответствовать эксплуатационным или учитывать влияние окружающей среды по соответствующим нормам и правилам при испытании (уменьшении или увеличении времени и режим).

^ Программа 2 состоит из следующих этапов РИ :

этап 3 – испытания по определению фактических показателей надежности ПР при различных комбинациях, воздействующих на ПР внешних факторов. При суммарной наработке 5000 – 6000ч. проводится частичная дефектация с целью определения необходимости капитального (среднего) ремонта. Продолжит. этапа 1150 –1350ч.
этап 4 – испытания по определению фактических показателей надежности ПР при различных комбинациях значений, воздействующих на ПР внешних факторов. Режимы аналогичны 2,3 этапам. Продолжительность 4500 – 5000 ч.

Разрешается, выявленные на этапах 1-3 слабые элементы испытать отдельно тогда этап 4 не проводится.

^ Составные части программы испытаний ПР в ускоренном режиме.

Программа 1 – ускорение КОИ с форсированием воздействия различных факторов на ПР;

Программа 2 – ускорение ИСЭ с форсированием воздействия различных факторов на ПР.

^ Программа 1 включает следующие этапы:

Этап 1 – определение фактических показателей надежности в НР в соответствии с ТУ на ПР коэффициент ускорения оценки ресурса К=1. Суммарная наработка Т= 350 + Т ПСИ (200-300)ч.

этап 2 – определение фактических показателей надежности при различных наиболее неблагоприятных комбинациях форсированных значений, воздействующих внешних факторов. Режим испытаний ускоренный для 50% общего времени испытаний.

Форсирование испытаний осуществляется по рекомендациям и методическим указаниям.

^ Программа 2 состоит из следующих этапов:

этап 3 – испытание ПР в ускоренном режиме при различных комбинациях максимального(min) допустимых по ТУ значений, воздействующих внешних факторов. Для 50% общего времени испытаний К≥4,2. При этом реализуются режимы 1÷12. Общая продолжительность режимов 40÷60 часов. Нижний предел режима 400 часов, верхний 500 часов. Для остального времени К≥3,15.
этап 4 – испытания в УР при значениях, воздействующих внешних факторов, превышающих допустимые по ТУ.

Для 50% общего времени испытаний К≥7,25. Общая продолжительность каждого режима 30÷50 часов. Нижний предел продолжительности - 300, верхний – 400 часов.

этап 5 – испытания в УР до предельного состояния (до разрушения) при наиболее неблагоприятных комбинациях, воздействующих внешних факторов, превышающие предельно-допустимые по ТУ в 2 раза. Продолжительность этапа 300÷400 часов. Для 50% общего времени испытаний К≥3,15, для остального - К≥33,5.

^ 5.15.4.Методика проведения ресурсных испытаний.

Последовательность РИ :

проверка соответствия технических характеристик и конструктивных параметров ПР требованиям ТУ в объеме ПСИ или объеме, обеспечивающем проверку правильности функционирования ПР в нормальных условиях по ТУ на ПР;
проведение КОИ по программе 1;
проведение ИСЭ по программе 2. Разрешается по согласованию с разработчиком и по программе 1 РИ проводятся в 2 смены (16 час.).

Продолжительность непрерывной работы на режимах 1÷12 на этапах 2÷5 в УР на менее 6 ч. и не более 8 час.

РИ проводятся с восстановлением работоспособности, отказавших ПР. Разрешается замена устройства программного управления с последующим увеличением срока испытания.

^ Методика проведения КОИ включает :

выявление в процессе наработки слабых элементов, а также определение конструкторских и технологических дефектов изготовления;
определение числа отказов на 1000 ч. наработки;
сбор данных для определения среднего времени восстановления;
сбор данных для определения среднего ресурса;
сбор данных для оценки законов распределения показателей безотказности, ремонтопригодности, долговечности;
сбор данных для оценки динамических свойств;
сбор данных для оценки соответствия ПР паспортным характеристикам по ТУ;
сбор данных по оценке стабильности работы испытываемых ПР;
сбор данных по оценке конролепригодности и диагностируемости ПР;
сбор данных по оценке виброустойчивости и вибропрочности ПР.

Методика ИСЭ ПР содержит по форме составляющие перечисленные выше.

Все методики как КОИ так и ИСЭ разрабатываются и составляются в соответствии с методическими указаниями Госстандарта.

^ 5.15.5. Межремонтное обслуживание и ремонт.

Табельное межремонтное обслуживание – профилактическое обслуживание является составной частью технического обслуживания и проводится на основании руководств и инструкций по эксплуатации для ПР в целом, манипулятора, СУ и привода.

На выполнение работ по ремонту при РИ составляется калькуляция, сводная ведомость трудозатрат и карты ремонта.

По любым видам испытаний ремонта во время испытаний делается вывод о корректировке КД и ТД или изменении режимов.

Ускоренными называются испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации в более короткий срок, чем в предусмотренных условиях и режимах эксплуатации. Ускоренные испытания бывают сокращенными и форсированными.

Сокращенные испытания - ускоренные испытания без интенсификации процессов, вызывающих отказы или повреждения. В сокращенных испытаниях уменьшение сроков получения показателей надежности достигается за счет прогнозирования поведения объекта испытаний на период, больший, чем продолжительность испытаний.

Форсированные испытания - ускоренные испытания, основанные на интенсификации процессов, вызывающих отказы или повреждения. При форсированных испытаниях проводится преднамеренное увеличение скорости утраты работоспособности изделия.

Ускоренные испытания разрабатываются с целью сокращения сроков проведения испытания по сравнению с нормальными испытаниями, т.е. испытаниями, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации в такой же срок, как и в предусмотренных НТД условиях и режимах эксплуатации для данного изделия /23/.

Основной характеристикой ускоренных испытаний является коэффициент ускорения - число, показывающее, во сколько раз продолжительность ускоренных испытаний меньше продолжительности испытаний, проведенных в предусмотренных условиях и режимах эксплуатации (нормальных испытаний).

Коэффициент ускорения может исчисляться по наработке и по календарному времени. Коэффициент ускорения по наработке - отношение наработки изделия в нормальных испытаниях к наработке в ускоренных испытаниях. Коэффициент ускорения по к а лендарному времени - отношение календарного времени нормальных испытаний к календарному времени ускоренных испытаний.

При разработке ускоренных испытаний для конкретного вида изделий необходимо в первую очередь установить принцип ускоренных испытаний, затем на основании сформулированного принципа выбрать метод и режим ускоренных испытаний /22/. Принцип ускоренных испытаний - совокупность теоретических и экспериментально обоснованных закономерностей или допущений, на использовании которых основано проведение испытаний с сокращением их продолжительности. Метод ускоренных испытаний - совокупность правил применения принципов ускоренных испытаний для получения показателей надежности определенных групп или видов изделий. Режим ускоренных испытаний - режим, предусмотренный применяемым принципом и методом ускоренных испытаний и обеспечивающий сокращение продолжительности испытаний.

Режим ускоренных испытаний может быть нормальным (для сокращенных испытаний), форсированным (для форсированных испытаний), комбинированным при чередовании нормального и форсированного режимов (при форсированных испытаниях).

Нормальный режим - режим, при котором значения его параметров находятся в пределах, установленных в технической документации для нормальной эксплуатации испытуемого изделия. Частным случаем нормального режима является номинальный режим испытания, соответствующий установленным параметрам внешних воздействий, принимаемых обычно за начало отсчета допустимых отклонений.

Форсированный режим - режим испытаний, обеспечивающий увеличение интенсивности процессов утраты работоспособности по сравнению с нормальным режимом. Форсированный режим может достигаться за счет изменения одного или одновременно нескольких форсирующих факторов.

Форсирующим фактором называется составляющая режима испытаний, изменение параметров которой по сравнению с режимом нормальных испытаний приводит к интенсификации процессов, вызывающих отказ или повреждение. В качестве форсирующего фактора используют усилие (момент), скорость (частоту), температуру, влажность среды, абразивность среды, химическую агрессивность среды и т.д.

Показатели надежности, полученные по результатам ускоренных испытаний, можно пересчитать для нормального режима при условии, что физические процессы разрушения при форсированных и ускоренных испытаниях одинаковы. Поэтому режимы ускоренных испытаний и форсирующий фактор могут изменяться при ускорении процесса испытаний только до определенного предела, называемого предельной нагрузкой . Такой нагрузкой является предельно допустимый уровень форсирующего фактора, обеспечивающий максимально возможную степень форсирования испытаний при сохранении идентичности картины разрушения в условиях ускоренных и нормальных испытаний и выполнении предпосылок, положенных в основу выбранного принципа ускоренных испытаний.

Результаты нормальных и ускоренных испытаний будут сопоставимы, если при соблюдении идентичности природы разрушения получаемые значения показателей надежности будут одинаковы, т.е.

где R(t н), R(t y) - показатели надежности при нормальном и ускоренном режимах соответственно.

При экспоненциальном распределении для вероятности безотказной работы условие (7.26) запишется в виде

, (7.27)

где  н,  у - интенсивность отказов в нормальном и ускоренном режимах испытаний соответственно.

Если коэффициент ускорения по наработке
, то из (7.27) получаем, что интенсивность отказов в нормальном режиме должна составлять

. (7.28)

Для распределения Вейбулла с плотностью
условие равной вероятности безотказной работы при нормальном и ускоренном режимах испытаний (7.26) принимаетвид

. (7.29)

Отметим, что в этих выражениях параметр масштаба  (или Т 1 =1/ , см. разд.4.5, формулы (4.33)-(4.35)) не является интенсивностью отказов; интенсивность отказов при распределении Вейбулла является функцией времени (наработки) и описывается формулой (4.35).

Из условия (7.29) следует, что параметр масштаба в нормальном режиме должен составлять

. (7.30)

Если ускоренные испытания проводятся с целью определения средней наработки, которая для распределения Вейбулла

, (7.31)

то из условия
будем иметь

(использовано одно из свойств гамма-функции: Г(x+1)=xГ(x)).

Отсюда параметр масштаба в нормальном режиме при испытаниях с целью определения средней наработки до отказа (среднего ресурса) в случае распределения Вейбулла должен составлять

. (7.33)

К основным принципам ускоренных испытаний относятся /22/:

Уплотнение рабочих циклов;

Экстраполяция по времени;

Усечение спектра нагрузок;

Учащение рабочих циклов;

Принцип сравнения;

Экстраполяция по нагрузке;

Принцип «доламывания»;

Принцип «запросов».

Уплотнение рабочих циклов применяется при испытании изделий, которые в эксплуатации имеют большие перерывы в работе. На сокращении этих перерывов основано ускорение испытаний. Примером использования принципа уплотнения рабочих циклов могут служить испытания машин с сезонной загрузкой. В этом случае, сокращая или совсем ликвидируя известные перерывы в эксплуатации, связанные с ночным временем, нерабочими климатическими периодами и т.п., можно добиться значительного коэффициента ускорения по календарному времени.

Экстраполяция по времени основана на гипотезе о возможности достаточно достоверной оценки закономерностей процесса накопления повреждений по начальным этапам процесса. При этом испытания в нормальном режиме проводятся лишь на некотором начальном участке работы изделия, включающем выход в стационарный режим повреждения, измеряется параметр, определяющий накопленное повреждение, а затем эти результаты экстраполируются до перехода в неработоспособное (предельное) состояние. Экстраполяция проводится графически или аналитически.

Практически при всяком детерминированном изменении накопленного повреждения  (например, величины износа) во времени t путем соответствующего преобразования координат стационарный процесс его накопления можно отобразить в линеаризованном виде.

Выравнивание методом наименьших квадратов в этом случае сводится к отысканию коэффициентов а и b уравнения линейной регрессии

. (7.34)

Значение этих коэффициентов определяется на основе результатов испытаний по значениям повреждения  i (величины накопленного износа), соответствующим определенным моментам времени t i .

При этом искомые коэффициенты уравнения (7.34) могут быть определены по формулам:

;

, (7.35)

где m - число парных значений t i и  i .

Для каждого момента времени t i вычисляется статистическая оценка дисперсии
по формуле

. (7.36)

где m i - число экспериментальных точек, полученных в момент времени t i , (число реализации процесса); j - порядковый номер экспериментальных точек, полученных в момент времени t i (1 < j ≤ m i);
- оценка математического ожидания (среднее арифметическое) процесса(t), определяемая по всем реализациям процесса, наблюдаемым в момент t i , т.е.

Для стационарного процесса повреждения (изнашивания) результаты испытаний по дисперсии выравниваются квадратической зависимостью вида

Если величина a 2 t 2 в пределах изучаемого интервала времени оказывается незначительной по сравнению с a 1 t, то последним слагаемым можно пренебречь. Если a 1 t << a 2 t 2 , то считают, что процесс характеризуется доминирующим влиянием начального качества образцов. Экстраполяция для такого процесса может быть осуществлена на основе испытаний как минимум нескольких образцов.

Для эргодического процесса оценка ресурса может быть получена испытаниями даже одного образца, но достаточно большой продолжительности.

Практически можно считать, что экстраполяция по времени дает удовлетворительную оценку долговечности при продолжительности испытаний не менее 40…70% ресурса изделия. Этот принцип может применяться для изделий, процессы исчерпания ресурса которых достаточно хорошо изучены. Вообще, проблема экстраполяции по времени требует решения в каждом конкретном случае трех основных задач /22/:

1) выбора уравнения состояния, достаточно надежно описывающего экспериментальные результаты в области изменения параметров испытаний;

2) исследования поведения выбранного уравнения вне области эксперимента, что сводится к определению оценки точности прогнозирования;

3) выбора объема экспериментальных данных, обеспечивающих надежный прогноз на заданный срок службы.

Так, в результате многочисленных исследований, проведенных в нашей стране и за рубежом, для прогнозирования длительной прочности конструкционного металла на сроки службы более 100 тыс. час. рекомендована температурно-временная зависимость типа

где a, n, b, c - параметры-константы, отражающие индивидуальные особенности материала; Т - абсолютная температура;  - напряжение.

Усечение спектра нагрузок заключается в отбрасывании определенной части нагрузок, не оказывающих заметного повреждающего воздействия на объект испытаний. Большинство реальных машин и их элементов подвержены в условиях эксплуатации воздействию определенного спектра случайных или периодически повторяющихся нагрузок. Точное воспроизведение этого спектра нагрузок представляет значительные технические трудности, поэтому в большинстве случаев проводят статистический анализ повторяемости нагрузок различных уровней в эксплуатационном спектре нагружения объекта и составляют программный блок нагрузок, имитирующий с той же степенью приближения спектр эксплуатационных нагрузок.

При испытаниях изделия многократно воспроизводят программный блок нагрузок, а ресурс, полученный в результате программных испытаний, считают оценкой ресурса изделия в эксплуатационных условиях. Недостаток такого подхода - большая длительность испытаний для изделий высокой надежности. С целью сокращения длительности программных испытаний в определенных случаях может быть использован принцип усечения спектра нагрузок.

Частным случаем усечения спектра нагрузок является использование из всего рабочего цикла, состоящего из пуска, установившегося движения и останова, только двух элементов - пуска и останова. Целесообразность применения этого принципа основана на свойствах некоторых механизмов сохранять высокую износостойкость при установившемся движении, которое характеризуется гидродинамическим трением. Во время пуска или останова наблюдается граничное или даже сухое трение, приводящее к значительному износу рабочих поверхностей.

Исходя из предположения, что установившееся движение не приводит к существенному износу, в испытаниях воспроизводят режим пусков и остановов. Ресурс при этом пересчитывают по следующей формуле, пренебрегая временем пусков и остановов:

где N - число пусков-остановов; - средняя продолжительность интервала между пусками, определяемая по данным эксплуатации или расчетным методом с учетом функционального назначения испытываемого объекта.

Испытания по этому принципу дают несколько завышенную оценку ресурса, но в большинстве случаев вполне приемлемую для практического использования.

Форсирование пусками-остановами применяется при ускоренных испытаниях коробок передач, муфт сцепления, электродвигателей и других механизмов и агрегатов, работающих в циклических режимах эксплуатации.

Принцип учащения рабочих циклов основан на увеличении частоты циклического нагружения или скорости движения под нагрузкой испытуемого элемента изделия. Предполагается, что долговечность изделия, выраженная в количестве циклов до предельного состояния, не зависит от частоты приложения нагрузки. При этом коэффициент ускорения определяется заранее из выражения

где f y , f н - частота приложения нагрузки соответственно при ускоренных и нормальных испытаниях.

Принцип учащения рабочих циклов используется при стендовых испытаниях изделий и их элементов. Коэффициент ускорения ограничивается скоростными возможностями испытательного оборудования, а иногда и возникновением сопутствующих процессов (например, повышением температуры), искажающих прямой переход к нормальным условиям по частотам.

Модификацией принципа учащения рабочих циклов является проведение испытаний подвижных сопряжений деталей машин на изнашивание при повышенных скоростях скольжения v.

Выражая ресурс по износу в виде накопленного пути трения L и считая в первом приближении, что L y = L н (это условие может быть корректно применено к процессу изнашивания лишь в очень ограниченном диапазоне изменения скоростей скольжения), можно определить коэффициент ускорения: k y = V y /V н.

Для практической реализации этого принципа необходимо сохранение параметров, определяющих физические условия трения, в тех же пределах, что и при нормальных испытаниях. Так, для поддержания заданного температурного режима необходимо в ускоренных испытаниях использовать охлаждение поверхностей трения. Кроме того, увеличение частоты вращения, например, для подшипников скольжения может замедлить процесс изнашивания благодаря переходу от граничного к гидродинамическому трению.

Вообще, применение принципа учащения рабочих циклов требует экспериментального обоснования режимов ускоренных испытаний во избежание получения несопоставимых результатов.

Принцип сравнения основан на проведении испытаний изделия в форсированном режиме и пересчете полученных результатов с помощью известных данных по эксплуатации аналогичных изделий.

В зависимости от имеющейся информации оценка надежности изделий производится тремя способами:

1) сравнением долговечности двух изделий по результатам только форсированных испытаний;

2) сравнением долговечности изделий, испытываемых в форсированном режиме, с результатами испытаний в этом режиме изделия-аналога и данными его эксплуатации;

3) пересчетом результатов испытаний изделий в форсированном режиме применительно к нормальному режиму по имеющейся зависимости ресурса от уровня нагрузки.

Первый способ применяется в чисто сравнительных испытаниях двух изделий при выявлении более долговечного из них. При этом считается, что изделие, проработавшее больше в форсированном режиме, имеет больший ресурс и в нормальных условиях. Это правомерно при условии, что зависимости ресурса от уровня форсирующего фактора для сравниваемых изделий не пересекутся в интервале от номинального до форсированного уровней форсирующего фактора.

Второй способ предполагает наличие информации о долговечности изделия-аналога в форсированном и нормальном режимах. Определяемый из этой информации коэффициент ускорения для аналога умножается на значение наработки до предельного состояния, полученной при испытании нового изделия в форсированном режиме. Такая оценка производится в предположении, что физические свойства, определяющие зависимость ресурса от уровня форсирующего фактора, у нового изделия и изделия-аналога близки. Этот способ наиболее приемлем для испытания новых изделий массового производства, по которым имеется обширная информация о надежности предыдущих модификаций.

Третий способ основан на пересчете результатов форсированных испытаний посредством имеющейся зависимости ресурса изделия от нагрузки.

Принцип «доламывания» является достаточно универсальным принципом ускорения испытаний, который применяется при ресурсных испытаниях элементов машин и конструкций на усталость, изнашивание и длительную прочность.

Для пояснения этого принципа в применении к задачам ускоренной оценки ресурса изделия при некотором эксплуатационном режиме нагружения представим себе, что мы имеем несколько однотипных изделий с различными наработками при эксплуатационном режиме нагружения. В общем случае эти изделия в результате различной продолжительности эксплуатации получают различную степень повреждения в зависимости от той доли, которую составляет их эксплуатационная наработка от всего ресурса при том же эксплуатационном режиме нагружения. Однако, не зная ресурса изделия при эксплуатационном нагружении, невозможно оценить эту долю в предположении о линейном суммировании повреждений, когда доля вносимого в единицу времени повреждения постоянна и не зависит от начала отсчета по шкале времени.

Принцип «доламывания» предполагает для оценки степени повреждения объекта испытаний за время эксплуатационной наработки подвергнуть объект испытаний воздействию форсированного режима нагружения и на этом режиме довести объект до предельного состояния («доломать» его).

В результате «доламывания» объекта оценивается его остаточный ресурс на форсированном режиме. Путем сравнения полученного остаточного ресурса объекта с полным ресурсом нового (без предварительной эксплуатационной наработки) объекта того же типа на форсированном режиме нагружения оценивается степень повреждения (степень исчерпания ресурса) объекта за время его эксплуатационной наработки. Если полный ресурс объектов испытаний на форсированном режиме нагружения не известен, необходимо несколько новых объектов из той же партии испытать на этом режиме до предельного состояния и оценить таким образом средний ресурс объектов при форсированной нагрузке, что не займет много времени при правильном выборе коэффициента форсирования нагрузки.

Принцип «запросов» применяется при ускоренных испытаниях изделий машиностроения, отказ которых обусловливается постепенным накоплением износных повреждений, проявляющихся в монотонном изменении уровня контролируемого выходного параметра (износа лимитирующего элемента, производительности, расхода энергии и др.).

Ускоренные ресурсные испытания по принципу запросов предназначены для ориентировочной оценки ресурса испытываемого образца изделия до достижения заданного предельного износа или оценки износа, соответствующего заданной наработке изделия в нормальном режиме. Под износом здесь понимается изменение любого параметра, характеризующего степень постепенной утраты испытуемым изделием ресурса. Износ отсчитывается от начала испытаний.

Принцип «запросов» применим для объектов со стационарным и нестационарным изнашиванием в нормальном режиме. Наиболее эффективно использование данного метода для нестационарного изнашивания, когда интенсивность изнашивания (или скорость размерного износа) зависит от величины накопленного износа. При наличии информации о стационарности изнашивания объекта в эксплуатации целесообразнее использование методов сокращенных испытаний (ускоренных испытаний, не связанных с форсированием режимов).

Испытания по принципу «запросов» проводятся при последовательном ступенчатом чередовании нормального и форсированного режимов в процессе испытаний каждого образца. В процессе испытаний устанавливается зависимость интенсивности изнашивания в нормальном режиме от уровня накопленного изделием износа при условии, что эта зависимость, полученная по результатам ступенчатых испытаний, справедлива для процесса изнашивания в нормальном режиме в интервале от момента окончания приработки до накопления предельного износа. Ускоренное получение всего необходимого ряда уровней накопленного износа обеспечивается испытаниями на ступенях с форсированным режимом (форсированных ступенях).

Достоверность результатов испытаний кроме прочих факторов (погрешности измерений и т.п.) определяется правильностью выбора вида функции изменения интенсивности изнашивания от уровня накопленного изделием износа (или соответствующей функции накопления износа от времени). В процессе обработки результатов испытаний возможна корректировка с целью выбора функции, отличной от предварительно выбранной и приводящей к меньшей по сравнению с ней погрешностью результатов.

При испытаниях по данному методу в качестве нормального режима на соответствующих ступенях применяют любой режим, по отношению к которому оценивается ресурс изделия: постоянный режим, режим с циклическим или стационарным случайным изменением уровня внешних нагрузочных воздействий и др. Параметры нормального режима должны задаваться нормативно-технической документацией, отражающей требования к надежности изделия. При отсутствии таких требований параметры нормального режима назначают в соответствии с требованиями работы изделия в эксплуатации по общим правилам выбора режимов нормальных ресурсных испытаний.

Форсированный режим должен быть выбран таким, чтобы скорость изнашивания на каждой ступени с нормальным режимом (нормальной ступени) при данном значении износа (или в данном диапазоне износа) не зависела от того, при каком режиме был накоплен этот износ - форсированном или нормальном.

К возможным причинам невыполнения этого требования относятся следующие:

а) форсированный режим обладает свойством избирательности по отношению к отдельным элементам изделия, что приводит к изменению относительного распределения износа:

Между отдельными деталями и узлами изделия;

Между поверхностями трения сопряжения;

По отдельным участкам одной и той же поверхности трения и т.п.;

б) форсированный режим приводит к значительным изменениям физико-химического состояния поверхностей трения по отношению к условиям работы в нормальном режиме или изменениям, совершенно не свойственным таким условиям, например, пластическому деформированию поверхностных слоев, шаржированию абразивных частиц на поверхности трения, образованию дополнительных вторичных структур и др.

Отсутствие последействия режима в отношении скорости изнашивания на последующей нормальной ступени можно подтвердить непосредственно в процессе испытаний нескольких образцов изделия по настоящему методу. С этой целью испытания двух образцов строятся так, что износ, накопленный в одном из.образцов в нормальном режиме после первой форсированной ступени, достигается другим образцом путем испытаний только в нормальном режиме. При этом скорость изнашивания в нормальном режиме после форсированной ступени для одного образца сопоставляется с аналогичной скоростью изнашивания для второго образца.

Испытания каждого испытуемого образца методом запросов начинают с приработочной ступени, проводимой в режиме, установленном для приработки данного изделия. После окончания ступени производят измерение приработочного износа.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

НАДЕЖНОСТЬ В ТЕХНИКЕ. УСКОРЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

РД 50-424-83

Москва

ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

РАЗРАБОТАНЫ Государственным комитетом СССР по стандартам ИСПОЛНИТЕЛИ

В.Ф. Курочкин, А.И. Кубарев, Е.И. Бурдасов, И.З. Аронов, Ж.Н. Буденная, К.А. Криштоф, Н.А. Сачкова, Т.Н. Дельнова, А.И. Кусков, Р.В. Кугель, В.П. Важдаев, К.И. Кузьмин, Л.Я. Подольский, Л.П. Лозицкий, А.Н. Ветров, В.Ф. Лопшов, В.Н. Любушкина, В.К. Медвежникова

ВНЕСЕНЫ Государственным комитетом СССР по стандартам

УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 10 октября 1983 г. № 4903

РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ

Утверждены Постановлением Госстандарта от 10 октября 1983 г. № 4903, срок введения установлен с 1 января 1985 г.

Настоящие методические указания распространяются на изделия машиностроения и приборостроения и устанавливают основные принципы ускорения испытаний на надежность, которые рекомендуется применять при разработке нормативно-методической (программы и методики) и технической (испытательное оборудование) основ системы государственных испытаний продукции по ГОСТ 25051.0-81.

Основные понятия в области ускоренных испытаний на надежность и их определения приведены в справочном приложении.

. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

где CN,N и - срок службы N -гo объекта в выборке объема N , упорядоченной по возрастанию, при нормальных и ускоренных испытаниях, соответственно;

М - оператор математического ожидания.

Коэффициент пересчета показателей надежности, выраженных через календарную продолжительность, определяют по методу равных вероятностей (черт. 1), который заключается в следующем. На стадии предварительных исследований берут две случайные выборки из одной и той же партии изделий. Одна из них испытывается в нормальных условиях, другая - в режиме ускоренных испытаний. В процессе испытаний фиксируются моменты отказа изделий. По полученным экспериментальным данным находится функция K 1,p (см. черт. ) как геометрическое место точек, соответствующих равным квантилям р. Чтобы убедиться, что функция K 1,p, будет инвариантом производства, необходимо повторить эксперимент на нескольких партиях. При наличии функции K 1,p результаты ускоренных испытаний любой другой выборки приводятся к нормальным условиям.

Если же показатель надежности подсчитывают по наработке, то коэффициент пересчета равен единице.

Пересчет показателей надежности по методу равных вероятностей

С и С* - срок службы при нормальных и ускоренных испытаниях, соответственно; Р - вероятность недостижения предельного состояния; K 1,p - функция пересчета

где αi , αj - доли наработки в i -м нормальном и j -м форсированном режимах, соответственно;

Kji = 1 / Kij - коэффициент пересчета от j -го форсированного режима к i -му нормальному;

Ki - коэффициент пересчета от комплексного форсированного режима к i -му нормальному;

Kj - коэффициент пересчета от j -го форсированного к комплексному нормальному.