Типова програма навчальної дисципліни «Випробування

Зміст

Передмова........................................
Типова програма навчальної дисципліни «Випробування і експериментальні дослідження машин і обладнання».......
Змістовий модуль 1. Тема 1. Загальні відомості про випробування машин.........................................
Тема 2. Методи вимірювань, що застосовуються при випробуваннях машин......................................
Тема 3. Експлуатаційні і лабораторні випробування........
Тема 4. Польові і пересувні вимірювальні лабораторії......
Змістовий модуль 2. Тема 1. Планування експериментів....
Тема 2. Вимірювання деформацій і напружень при експерименттальних дослідженнях машин.......................
Тема 3. Апаратно-програмні тензометричні станції.........
Методичне забезпечення лабораторних робіт..............
Завдання на розрахунково–графічну роботу...............
Тестові завдання......................................
Самостійна робота.....................................
Порядок оцінювання знань студентів.....................
Термінологічний словник (глосарій)......................
Список літератури.....................................

 

 

Передмова

При створенні нових і вдосконаленні старих конструкцій будівельної техніки велике значення мають випробування та експериментальні дослідження машин, за результатами яких визначають техніко-економічні показники їх роботи, відповідність вимогам сертифікації і стандартів, технічним вимогам і нормам.

Метою експериментальних досліджень є отримання фактичної і достовірної інформації про фізичну суть, якісні і кількісні показники досліджуваних процесів.

Навчальний посібник складається із таких частин: теоретичної, в якій описані основи методики випробувань та експериментальних досліджень, планування експерименту, інформаційно-вимірювальна техніка, її тарування і калібрування, обробка результатів вимірювань та оцінка їхньої точності;

лабораторно-експериментальної, де приводиться повний цикл лабораторних робіт, що виконуються студентами згідно з навчальним планом і містять тему, мету і задачі дослідження фізичних моделей робочих органів машин, порядок проведення експериментів, порядок ведення робочого журналу, способи опрацювання отриманих залежностей, оцінка їх точності;

завдання на самостійну та індивідуальну підготовку студентів, що містить розрахунково-графічну та контрольну роботу.

Виконання студентами лабораторної роботи передбачає отримання функціональних залежностей головних параметрів машини від ряду факторів, що діють з боку робочого середовища. Такі функціональні залежності отримуються як в графічній формі, так і у вигляді формул за допомогою апаратно-програмної тензометричної станції ТС - 8 індивідуально кожним студентом.

Навчальний посібник розраховано на бакалаврів і магістрів денної, заочної, дистанційної форми навчання, екстернатури, післядипломної освіти. Він також буде корисний аспірантам, конструкторам, проектувальникам машин і машинобудівникам.

 

Типова програма навчальної дисципліни «Випробування

І експериментальні дослідження машин і обладнання»

 

1.1 Тематичний план та розподіл навчального часу.

Відповідно до «Освітньо-професійної програми вищої освіти» підготовки бакалавра за напрямом 050503 “Машинобудування“ за професійним спрямуванням: 6.050503 “Підйомно-транспортні, будівельні, меліоративні машини і обладнання”, 6.050503 “Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів”, 6.050503 “Обладнання лісового комплексу” передбачено 81 годину (2,25 кредити, 2 змістових модулі) табл. 1.1

Таблиця 1.1

Тематичний план та структура навчальної дисципліни

 

Назва змістових модулів і тем

Кількість годин

денна форма

заочна форма

Усьо-го

у тому числі

Усьо-го

у тому числі

л

лаб

пр

інд

с.р

л

лаб

пр

інд

с.р

Модуль 1

Змістовий модуль 1. Випробування машин

Тема 1. Загальні відомості і класифікація випробувань.

Тема 2. Методи вимірювань при випробуваннях машин і обладнання.

Тема 3. Експлуатаційні і лабораторні випробування.

Тема 4. Польові і пересувні вимірювальні лабораторії. Сертифікація машин.

Разом – зм. модуль 1

продовження табл. 1.1

Змістовий модуль 2. Експерементальне дослідження машин і обладнання

Тема 1. Планування експеременту.

Тема 2. Вимірювання деформацій і напружень при дослідженнях

Тема 3. Апаратно-програмні тензометричні станції.

Розрахунково-графічна робота.

Разом – зм. модуль 2

Усього годин

Програмний матеріал змістових модулів

Змістовий модуль 1. Випробування машин

Тема 1. Загальні відомості і класифікація випробувань.

Вступ. Класифікація і основні види випробувань. Особливості випробувань машин на надійність.

Тема 2. Методи вимірювань при випробуваннях машин і обладнання.

Класифікація методів вимірювання, приладів і устаткування. Вимірювання переміщень і швидкостей. Вимірювання тиску і розрідження, сили і ваги. Методи вимірювання деформацій і напружень. Обробка результатів вимірювань.

Тема 3. Експлуатаційні і лабораторні випробування.

Загальні технічні умови випробувань. Методи проведення випробувань. Технічна експертиза. Системний аналіз випробувань. Характеристика зовнішніх дій та умов при випробуваннях.

Тема 4. Польові і пересувні вимірювальні лабораторії.

Класифікація польового вимірювального устаткування. Динамометричні польові лабораторії. Пересувні тензометричні лабораторії, їх вимірювальне обладнання. Сертифікація машин.

Змістовий модуль 2. Експериментальні дослідження

Машин і обладнання

Тема 1. Планування експериментів.

Основи методики експериментального дослідження. Планування експериментів. Інформаційно-вимірювальна техніка.

Тема 2. Вимірювання деформацій і напружень при дослідженнях.

Класифікація вимірювальних перетворювачів. Види тензорезисторів. Схеми з’єднання тензорезисторів при вимірюванні деформацій і напружень.

Тема 3. Апаратно-програмні тензометричні станції.

Призначення і характеристика апаратно-програмної тензометричної станції ТС-8 конструкції НУВГП. Будова тензостанції ТС-8. Підготовка до роботи і робота на тензостанції ТС-8.

Методичні матеріали до вивчення окремих модулів і тем

 

Тема 1. Загальні відомості про випробування машин

Вступ

 

Головною метою випробувань є покращення конструктивних, технологічних і техніко-економічних показників машин і обладнання.

При створенні нових і вдосконаленні старих конструкцій будівельно-дорожньої техніки і базових машин велике значення мають випробування машин, за результатами яких визначають техніко-економічні показники роботи, відповідність вимогам стандартів, технічним вимогам і нормам. При випробуваннях визначають тягово-швидкісні властивості, паливну економічність, керованість і стійкість, показники коливань, вібрацій і шумності, гальмівні характеристики, параметри прохідності довготривалості, надійності машин і їх вузлів.

Випробування машин розрізняють по призначенню, об'єктах, що випробовуються, способах проведення тощо.

Виконують випробування дослідних і макетних зразків нових або модернізованих машин і їх модифікацій, зразків установчої серії нових машин, базових моделей або їх модифікацій, машин поточного виробництва і тих, що пройшли ремонт.

Досліди і макетні зразки машин і їх модифікацій піддають доводочним, попереднім і приймальним випробуванням. Машини поточного виробництва проходять контрольні, ресурсні, приймально-здавальні і атестаційні випробування також випробування на надійність. Зразки всіх машин на будь-якому етапі їх розроблення і виробництва можуть проходити визначальні, експлуатаційні, дослідні спеціальні, а також періодичні (контрольні) випробування.

Розвиток методів випробувань пов’язаний з вдосконаленням вимірювальної і реєструючої апаратури, пристосувань, призначених для обробки дослідних даних і створенням необхідних режимів досліджень.

Сучасні магнітографи, осцилографи, телеметричні і комп'ютерні системи (IT) дозволяють ефективно проводити дослідження робочих процесів машин в польових і лабораторних умовах.

Електронні автоматичні пристосування застосовують для реалізації програм навантажувальних режимів на стендах, а за допомогою частотних аналізаторів, кореляторів, комп'ютерів і ІТ-технологій можна значно прискорити обробку результатів випробувань, отримати кореляційні функції і наглядні графіки залежностей тих чи інших параметрів.

Експериментальні дослідження є складовою частиною випробувань машин. Метою експериментальних досліджень є отримання фактичної і достовірної інформації про фізичну суть, якісні і кількісні показники досліджуваних процесів. Існує така послідовність експериментальних досліджень: визначення мети та завдання експерименту, вибір об'єкту дослідження; визначення предмету дослідження; визначення обладнання і вимірювальних приладів для проведення експериментальних досліджень; визначення критерію оцінки процесу; вибір факторів, що змінюються; обґрунтування потрібної кількості вимірювань; порядок проведення експериментальних досліджень; обґрунтування способів обробки і аналізу результатів експерименту.

 

1.1Класифікація і основні види випробувань машин

Випробування машин можна класифікувати по наступних ознаках:

- по місцю випробовуваного об'єкта в загальному циклі створення нового зразка чи моделі або модернізації старої;

- по цільовому призначенню;

- по місцю й умовах проведення;

- по тому, яка організація проводить випробування;

-по видах і конструктивних особливостях об'єкта випробувань.

У процесі освоєння виробництва нових і модернізованих моделей послідовно виготовляють і піддають випробуванням дослідні зразки, зразки установочної чи головної партії і машини поточного виробництва.

Випробування дослідних зразків проводяться з метою визначення конструктивних параметрів і експлуатаційних якостей, перевірки їхньої відповідності проектному завданню чи технічним умовам.

При проведенні випробування дослідних зразків виявляють недоліки конструкції, уживають заходів для їхнього усунення, встановлюють правильність обраних конструктивних і експлуатаційних матеріалів, визначають оптимальні регулювання механізмів, розміри зазорів і доводять експлуатаційні показники до проектних значень.

Основним випробуванням дослідних зразків машини можуть передувати випробування їх агрегатів і вузлів.

Установка попередньо випробуваних агрегатів на дослідні зразки машини істотно скорочують обсяг доводочних робіт у процесі випробовувань і визначення експлуатаційних якостей машини в цілому.

Зразки головної чи установчої партії піддають випробуванням з метою перевірки результатів робіт по доведенню експлуатаційних показників до проектних значень і попередньої перевірки якості виробничого виконання машини на міцність, надійність, зносостійкість т.д.

При одержанні позитивних результатів випробування завод-виготовлювач представляє головну партію машин для проведення приймальних випробувань спеціальній комісії.

На підставі загальної, всебічної оцінки машини в період приймальних випробувань комісія дає рекомендації про прийняття нової чи модернізованої моделі машини до виробництва з внесенням необхідних змін у технічну характеристику, конструкцію і технологію виготовлення даної моделі.

Машини поточного виробництва звичайно піддають одиночним контрольним випробуванням на довговічність, надійність і експлуатаційні якості при їх використанні.

Прийомно-здавальні випробування проводять для забезпечення висококваліфікованого приймання машин при введенні їх в експлуатацію.

Ці випробування проводять у відповідності з затвердженими інструкціями.

Випробування машин на заводі-виготовлювачі звичайно не проводяться, так як машина надходить до замовника із наступними документами заводу: паспорт, інструкція по експлуатації, комплектувальна відомість, комплект інструментів. Якщо машина некомплектна, складається відповідний акт з участю представника від залізниці чи іншої транспортної організації.

Роботоздатність машини перевіряють перед введенням її в експлуатацію, несправності фіксуються актом. Завод при пред’явленні акта рекламації усуває зафіксовані в акті несправності і дефекти за свій рахунок.

При прийомі машини від ремонтних заводів і майстерень перевіряється відповідність виконаних робіт з дефектною відомістю, якість ремонтних робіт, правильність зборки відремонтованої машини.

При прийомі машини від інших підрозділів будівництва перевіряється комплектність машини й інструментів. Наявність поломок, стан і регулювання основних вузлів машини, потім проводятьвипробування машини на холостому ході. Одночасно з передачею машини здійснюється передача і всієї технічної документації. Результати огляду заносять у відповідний акт приймання. Результати огляду при зміні бригад заносять у змінний журнал.

При передачі машин несправності, виявлені при випробуванні, повинні бути негайно усунені, тому що в експлуатацію може бути введена тільки справна машина.

Випробування експериментальних машин чи експериментальних вузлів вирішує питання про доцільність постановки їх на серійне виробництво. Сюди ж варто віднести порівняльні випробування декількох машин. Ці випробування проводяться офіційними комісіями для машин, що знаходяться в експлуатації.

Періодичні (контрольні) випробування проводяться для машин, що знаходяться в експлуатації періодично через 1...3 роки органами Держнаглядохоронпраці і екологічної інспекцій.

Періодичні технічні випробуваннямашин роблять з метою забезпечення безпеки їхньої роботи.

Періодичному технічному випробуванню підлягають:

- вантажопідйомні машини (мостові, портальні, баштові, гусеничні й автомобільні крани, крани-екскаватори);

- парові котли і компресори;

- резервуари, що працюють під тиском (балони для стиснутих і зріджених газів, повітрязбірники);

- арматура парових котлів і резервуари, що працюють під тиском (манометри, контрольні клапани і т.д.);

Результати оглядів оформляють відповідною документацією: у вигляді актів з реєстрацією результатів випробувань чи у спеціальних журналах з оцінкою в технічному паспорті або талоні машини.

Випробування на знос проводяться тривалий час на машинах серійного чи масового виробництва для оцінки застосовуваних технологічних процесів, матеріалів, величин регулювань і інших факторів, що характеризують виробництво і технічну експлуатацію цих машин.

Експлуатаційні випробування призначені для визначення оцінки дійсних експлуатаційних якостей машини при роботі в експлуатаційних господарствах, на будівельних об'єктах, кар'єрах, заводах будівельної індустрії і т.д., для одержання матеріалів про техніко-економічну доцільність застосування нової чи модернізованої моделі машини.

Дані експлуатаційних випробувань застосовуються для визначення нормативів використання палива, запасних частин, термінів служби агрегатів і деталей машин, для встановлення термінів і обсягів заходів щодо технічного обслуговування і ремонту машин.

Експлуатаційні випробування проводять для різних районів, стосовно кліматичних і економічних умов, з роботою машин у типових ґрунтових та інших умовах.

Експлуатаційним випробуванням піддають як поточну продукцію заводів, так і машини установчих партій.

Різним видам випробувань підлягають не тільки вітчизняні машини, але і закордонні зразки для вивчення закордонного досвіду, одержання порівняльних даних для зіставлення, а також для визначення типу і призначення машини, намічуваної до постановки на виробництво.

Експлуатаційні випробування проводиться в промисловій обстановці, коли машина приймає участь в виконанні одного технологічного процесу і режим її роботи підкорюється вимогам цього процесу. Умови експлуатаційних випробувань можуть бути попередньо задані лише в загальних рисах (кліматична зона, характер виконання робіт і т.д.). Наступне уточнення умов випробування потребує постійного нагляду за роботою машини, а використання складної і точної апаратури для виміру зв'язано з значними організаційними і технічними труднощами.

У зв’язку з цим загальні вимоги до експлуатаційних випробувань можна сформулювати в такий спосіб:

-випробування повинні проводитися в тих же технологічних і організаційних умовах, які існують на будівельних майданчиках.

-за період випробування машина повинна працювати без серйозних аварій.

Для визначення повної надійності і довговічності роботи машини в цілому і її агрегатів, випробування доцільно було б проводити протягом періоду, рівного заводському гарантійному терміну чи, ще краще, одному циклу роботи машини до капітального ремонту. Але міжремонтний цикл більшості важких машин, відповідно до інструкції по проведенню планово-попереджувального ремонту будівельних машин, дорівнює від 6 до 12 тис. годин, що відповідає 2...3 рокам роботи машини.

Якби випробування машин проводилися б так довго, то це негативно позначилося б на термінах оцінки якості машини, були б затримані технічний прогрес і темпи удосконалення будівельних машин.

Тому випробування проводяться в більш короткий термін, але достатній для виявлення основних експлуатаційних якостей машин.

Терміни проведення експлуатаційних випробувань прийнято призначати виходячи з потужності привода машини.

Трудомісткість ремонтів, що допускається, і заходів щодо технічного обслуговування машин не повинна перевищувати величин, встановлених інструкцією. Перевищення трудомісткості до 50% допускається лише в крайньому випадку.

Випробування не повинні обмежуватися тільки експлуатаційними спостереженнями за роботою машини, але повинні передбачати випробування на міцність і на дію динамічних і перемінних навантажень, що можуть відтворюватися для прискорення процесу випробування на випробувувальних стендах у лабораторних і полігонних умовах.

Експлуатаційні випробування можуть проводитися і з науково-дослідною метою, для експериментальної перевірки теоретичних припущень при створенні нової чи модернізації старої машини. На будь-якій стадії розробки нової моделі і на машинах поточного виробництва можуть проводитися спеціальні і наукові випробування.

Спеціальні випробування проводять в особливих умовах, що істотно відрізняються від звичайних умов експлуатації, з метою визначення впливів цих умов на роботу машини і на її експлуатаційні якості.

Такі випробування проводяться в арктичних, тропічних, високогірних умовах, пустелях при наявності великої запиленості в повітрі і т.д.

До спеціальних випробувань можна віднести випробування вузькоцільового призначення з метою встановлення впливу різних зовнішніх факторів і умов на показники експлуатаційних якостей, а також додаткового устаткування, що встановлюється на машину.

У процесі експлуатації машин мають місце приймально-здавальні періодичні (контрольні) і експлуатаційні випробування.

До наукових звичайно відносять випробування, зв'язані з розробкою нових методів випробування і нової апаратури, випробування робочих процесів машини і параметрів, що характеризують взаємодію машини з зовнішнім середовищем, випробування динамічних впливів робочого середовища на машину, навантажувальних і теплових режимів роботи агрегатів, вплив режиму змащення на знос деталі, дослідження вібраційних впливів і шумових явищ, а також дослідження з метою встановлення раціональних режимів роботи машини, виявлення ефективності роботи нових типів робочих органів і розробки теорії роботи робочих органів чи двигунів і т.д.

Лабораторні випробування, проводяться в умовах спеціально обладнаних лабораторій. Лабораторним випробуванням можуть підлягати окремі деталі, вузли машин і їх моделі, а також машини в цілому.

При лабораторних випробуваннях робочих органів машин для земляних робіт з'являються труднощі у виборі масштабів моделі в зв'язку з тим, що властивості штучно приготовлених ґрунтів можуть в значній мірі відрізнятися від властивостей реальних ґрунтів.

Польові випробування, виконуються під відкритим небом в напіввиробничих умовах. Польові випробування дають змогу проводити інструментальні виміри різних величин по широкій програмі в умовах, достатньо близьких до реальних умов використання машин.

Заводські чи відомчі випробовування вирішують питання відповідності експериментального зразка машини проекту і можливості здати його на державні випробування.

Міжвідомчі випробовування проводять разом з представниками відомства (заводу) постачальника і відомчої організації, в якій буде використовуватись машина даного типу. Ці випробування проводяться для отримання попереднього обговорення і об'єктивної оцінки технічних якостей машини.

Державні випробування, які проводяться спеціальними державними комісіями в складі представників відомчих постачальників і споживачів із участю ведучих науково-дослідницьких організацій, які уповноважені зробити кінцеве заключення про доцільність постановки машини на серійне виробництво, а також дати рекомендації про кількість випуску машин даного типу.

 

Вимірювання сили і ваги

Вага вантажу або сила, затрачувана на переміщення робочого органа, у багатьох випадках є найважливішим показником, що характеризує режим роботи і продуктивність машин.

Тому при випробуваннях машин і механізмів приходиться робити вимірювання сиди тяги, величини моментів, що крутять, а також фіксувати вагу переміщуваного вантажу. Для проведення цих вимірювань існує велика кількість приладів, що реєструють і записують.

При вимірі сили і ваги необхідно добре знати кінематичну схему роботи досліджуваного механізму і підключати вимірювальні прилади в цю схему таким чином, щоб вироблені вимірювання, по можливості, безпосередньо давали повну необхідну величину.

Варто мати на увазі, що при постійних взаємних переміщеннях окремих частин тягових пристроїв пересувних механізмів необхідність одержання повної величини сили або ваги шляхом перерахування заміряних величин з урахуванням кутів, утворених системою цих пристроїв, або за законом важеля, приводить до значних неточностей.

При проведенні випробувань важливо установити не тільки величину найбільшого зусилля, але й одержати досить правильне уявлення про частоту і величину коливань зусиль, а також про середню величину цього зусилля. Це робить самописний прилад.

Для виміру величини розтяжних зусиль і, зокрема, для виміру сили тяги застосовують динамометри.

Динамометри з механізмами, що реєструють, одержали назва динамографів.

Для виміру і реєстрації зусиль стиску і розтягання застосовують тягові гідравлічні динамометри. Звичайно вони складаються з двох частин - тягової ланки і столика, що реєструє, з вимірювальною трубчастою пружиною. Схема приладу показана рис. 2.1.

Для виміру і реєстрації моментів, що крутять, переданих від вала двигуна, можуть використовуватися ротаційні динамографи.

При випробуванні вантажопідйомних машин і механізмів застосовують кранові циферблатні ваги вантажопідйомністю від 5 до 10 тс. Однак велика власна вага і неможливість точного зважування без зупинки переміщуваного вантажу є істотним їх недоліком.

 

Технічна експертиза

Технічна експертиза проводиться з метою перевірки й уточнення технічної документації, що представляється заводом, вказівок і інструкцій з експлуатації, розбирання і збирання машини і її агрегатів.

Основною задачею технічної експертизи є оцінка якості виготовлення і зборки машин і встановлення придатності деталей і вузлів машини до тривалої експлуатації.

При проведенні технічної експертизи спеціальному контролю піддаються питання зв'язані з установленням відповідної зносостійкості деталей, їхній гарантійний термін служби, зі зміною технічного стану вузлів і деталей з встановленням причин аварій, поломок, передчасних зносів деталей і інших дефектів. Встановлюється ступінь збереження первинних регулювань, зручність їхнього проведення, можливість розбирання і збирання окремих механізмів вузлів і машини в цілому.

Крім того, у завдання технічної експертизи входить оцінка ремонтної технології, ремонтоздатності деталей, вузлів машин, достатність і відповідність комплекту запасних частин експлуатаційним вимогам.

У процесі проведення випробувань встановлюють достатність, довговічність і відповідність індивідуального комплекту та інструмента і пристосувань для проведення операцій технічного обслуговування при експлуатації машин.

Технічну експертизу проводять у три етапи. Звичайно її підрозділяють на первинну, поточну і заключну.

Первинна технічна експертиза проводиться в період приймання й обкатування машини.

Основними елементами первинної експертизи є мікрометраж деталей, оцінка зовнішнього вигляду, визначення високих конструктивних параметрів, фотографування і складання технічної характеристики і кінематичної схеми машин.

Звичайно мікрометраж деталей роблять на заводі перед навантаженням машини. Результати вимірів основних розмірів деталі заносять у спеціальну відомість, що є первинним документом, на підставі якого, при заключні стадії експертизи, установлюється ступінь зношування деталей за період випробувань.

Виявлення дефектів зовнішнього вигляду машини і допущених виробником при зборці машини відхилень від оптимальних величин регулювань проводиться в період обкатування машини в порядку виконання заходів технічного обслуговування.

Поточна технічна експертиза проводиться протягом періоду експлуатаційних випробувань і містить у собі рішення питань, зв'язаних з виконанням операцій по технічному обслуговуванню і виявленням причин поломок і дефектів, що виникають у процесі випробувань.

Експерти, що беруть участь в випробуваннях, при виконанні технічних робіт складають технічні огляди деталей та вузлів, що вийшли з ладу, роблять оцінку конструктивних рішень вузлів і агрегатів машини, зручності їхнього збирання і розбирання, вивчають надійність з'єднань вузлів і деталей.

Після закінчення експлуатаційних випробувань шляхом детального розбирання машин проводиться заключна частина технічної експертизи.

При проведенні заключної експертизи встановлюють розміри зносів і оцінюють зносостійкість деталей, описують стан деталей і вузлів машини після закінчення випробувань, установлюють причини несправностей чи зносу пошкоджень, роблять остаточну оцінку зручності і трудоємкості розбирання і зборки машини і її вузлів, взаємозаміни її деталей, вузлів і агрегатів.

При необхідності проводять більш ретельні лабораторні дослідження шляхом металографії, рентгеноскопії.

На закінчення дається остаточна оцінка конструкції та якості виготовлення вузлів, агрегатів та деталей машини.

Технічна документація оглядів при перевірочній експертизі на будь-якій її стадії складається по встановленні формі у виді актів, що містять у собі фотокартки, опис дефекту, металографічні дослідження, мікрометраж та інші матеріали.

Зносостійкість деталей і відповідність термінів їх служби гарантійним і міжремонтним термінам встановлюється залежно від огляду, обмірювання і зіставлення одержуваних результатів даними заводу-виробника по допустимим зносам і вибракувальним показникам.

Ремонтоздатність оцінюється по трудомісткості операції і кількості верстатного устаткування, необхідного для ремонту і ступеня уніфікації вузлів, агрегатів і деталей з іншими машинами, що випускаються промисловістю.

Достатність вказівок у заводських інструкціях оцінюється по ступені їхньої ясності, щоб, користуючись ними, обслуговуючий персонал не мав потребу в додаткових роз'ясненнях.

 

Тема 1. Планування експериментів

 

Планування експериментів

У широкому змісті слова планування експериментів містить в собі визначення кількості дослідів, витрат праці, часу й засобів. Природно, що основним тут є визначення кількості необхідних дослідів. У цьому випадку дослідникові найчастіше доводиться вирішувати дві головні задачі:

• встановити кількість дослідів по визначенню якоїсь фізичної величини із заданою точністю;

• визначити потрібну кількість дослідів по відшуканню функціональної залежності між величиною, що цікавить, і системою факторів, параметрів.

При цьому виходять із того, що похибка при вимірах якоїсь фізичної величини, як і її значення, якщо вона не постійна, підкорюються нормальному закону розподілу. Таке положення має місце в більшості випадків. Припускають також, що шуканий функціональний зв'язок між величинами дійсно існує. Розглянемо рішення обох перерахованих задач.

Розрізняють величини постійні (діаметр вала в заданому перерізі, його маса і т.д.) і ті, що змінюються, випадкові (об'ємна маса ґрунту, його вологість і т.д.). Для визначення постійних величин досить разових вимірів. Точність вимірювань оцінюється абсолютною D і відносною D₁ і похибками:

; ,

де у - значення даної величини, отримане більш точним приладом; а - значення величини, отримане приладом, що використовується при даних вимірюваннях.

Точність приладів характеризується граничною похибкою, що відноситься у відсотках до верхньої, найбільшої межі вимірювань (клас приладу). Граничні похибки деяких приладів наведені в табл.1.1.

При вимірюваннях змінних величин і використанні одного й того ж приладу потрібні багаторазові вимірювання. Нехай необхідно знайти значення величини у, його вимірюють приладом з похибкою D. Маємо наступні значення цієї величини: у₁, у₂,..., у_n. Результати вимірювань визначають як середньозважену арифметичну величину:

, (1.1)

де n - кількість вимірювань.

Таблиця 1.1

Спосіб застосування, інструмент, прилад	Гранична похибка,%
Стальна 20 - метрова стрічка	0,2-0,3
Планіметри лінійні і полярні	0,4-0,7
Тахометри відцентрові	0,4-2,5
Тахогенератори	2,5-4,0
Ваги:
торговельні та автомобільні	0,8-1,2
технічні	0,1-0,2
аналітичні	0,0001-0,1
Динамометри:
пружинні	1,0-3,5
гідравлічні	0,7-2,0
електричні (без підсилювача)	0,2-0,5
Ртутні манометри	1,0-2,5
Стандартні секундоміри	0,4 - 0,7
Термоелектричні перетворювачі (без підсилювача)	0,5-2,5
Термометри:	0,3 - 2,0
ртутні технічні	0,1-1,0
Напівпровідникові
Записи осцилограм при підсиленні	1,5-4,5
Магнітофонний запис при частотній модуляційні	2,0 - 5,0
Пневматичні і масляні калібратори	1,0-8,0

 

Точність результату характеризує середньоквадратичне відхилення:

, (1.2)

де у_і – величина і-го виміру.

На підставі виміру маємо:

,

де Ds - абсолютна помилка, що визначається середньоквадратичним відхиленням і заданою надійністю (ймовірністю) результату.

Для переважної більшості технічних вимірювань найбільшою середньою арифметичною похибкою є абсолютна похибка:

.

Це означає, що з надійністю 0,997 істинне значення виміряної величини буде знаходитись в межах:

Даним правилом можна також користуватися і при виключенні грубих помилок при вимірюваннях, відкидаючи результати, для яких . Зрозуміло, що точність і надійність результату багаторазових вимірювань тим вища, чим більше кількість вимірювань і вища точність застосовуваних приладів. Однак це збільшує трудомісткість постановки дослідів. При заданих точності і надійності результатів вимірювань кількість дослідів визначають ітераційним методом по формулі:

, (1.3)

де t - норма, що визначає гарантовану ймовірність відхилення середньої малої вибірки від середньої генеральної сукупності (табл. 1.2). При цьому, задаються кількістю дослідів n₁ на основі вимірів визначають s і далі порівнюють число із значенням n, отриманим по попередній формулі. Процес закінчується при виконанні умови n₁ > n. Орієнтовно кількість дослідів можна вибрати по табл. 1.3.

Строгих критеріїв у виборі надійності результатів вимірювань немає. Для досліджень, зв'язаних із конструкціями машини, достатньо, щоб надійність становила 0,9, при детальних дослідженнях, що є основою для наступного розрахунку, необхідна,надійність 0,95 і 0,99.