Категорії випробувань машин на надійність

Забезпечення заданого рівня надійності нових конструкцій машин здійснюється на основі випробувань різних категорій (табл. 1.2).

Їх класифікують за такими ознаками:

1. За призначенням: дослідні, контрольні, порівняльні, визначальні.

Дослідні випробування провадяться з метою вивчення нових характеристик властивостей об'єкта (визначення границь витривалості, побудови кривих втомленості деталей, законів розподілу відказів, закономірностей процесів зношування, деформування і руйнування деталей, їх кородування і старіння матеріалів, порівняння показників надійності агрегатів машин, виготовлених за різними конструктивними схемами із застосуванням різних технологій тощо).

Дослідні випробування виконуються за одно- і багатофакторною схемами.

Однофакторні випробування характеризуються тим, що вивчення впливу кількох діючих факторів на показники надійності об'єкта випробування здійснюється при зміні одного з них, інші залишаються сталими.

Таблиця 1.2

 

При багатофакторних випробуваннях одночасно змінюються значення кількох факторів. Вони виконуються швидше за однофакторні, а їх результати зручніші і цінніші з пізнавальної точки зору.

Дослідні випробування є основою технічного прогресу в машинобудуванні, від їх розвитку залежить надійність конструкцій нових машин.

Основний обсяг дослідних робіт виконується і завершується до початку серійного виробництва машин. Але й тоді дослідні випробування не припиняються, триває пошук подальших шляхів удосконалення конструкцій, технологій їх виготовлення тощо.

Визначальні і контрольні випробування належать до основних категорій. Визначальні випробування провадяться для визначення фактичних кількісних показників надійності спроектованих (або модернізованих) машин, і результати використовують для оцінки відповідності показників нових конструкцій машин вимогам технічної документації, а також уточнення наведених у ній нормативів.

Визначальні випробування спричинюють вичерпання ресурсу основних агрегатів машин (або його визначення). Тому на їх основі отримують інформацію для виявлення ненадійних конструктивних елементів, розробки організаційно-технологічних заходів щодо підвищення зносостійкості, міцності деталей і спряжень, які лімітують довговічність агрегатів і машин у цілому, удосконалення технології їх виготовлення, технічного обслуговування і ремонту.

Контрольні випробування необхідні для контролю якості (показників надійності) машин. У результаті контрольних випробувань встановлюють, що зниження показника надійності відповідає або не відповідає значенню згідно з технічною документацією.

Ці випробування найпоширеніші і проводяться у складі попередніх, приймальних, кваліфікаційних, пред'явних, приймально-здавальних, періодичних, типових, державних, міжвідомчих та відомчих випробувань.

Порівняльні випробування виконують для подібних за характеристиками або однакових машин в ідентичних умовах, щоб порівняти їх властивості.

2. За рівнем проведення: державні, міжвідомчі, відомчі.

Такі випробування дослідних зразків або партій машин провадять для визначення доцільності їх серійного виробництва. Державні випробування здійснює Державна комісія, міжвідомчі - комісія, яка призначається кількома зацікавленими міністерствами або відомствами, відомчі - комісія зацікавленого міністерства.

3. За стадією розробки: доводочні, попередні, приймальні.

Доводочні випробування. Очікуванийрівень надійності спроектованих машин і дослідних зразків мають значні відмінності. Все, що неможливо було врахувати внаслідок специфічних властивостей роботи нових машин, виявляється під час випробувань, тому потрібна доводка нової машини до заданого рівня надійності. Це складне інженерне завдання вирішується завдяки доводочним випробуванням. Це дослідні випробування, які провадяться при розробці машин з метою оцінки впливу тих змін, які вносяться для досягнення заданих значень надійності.

Доводочні випробування виконують для:

- усунення конструктивних і технологічних недоліків нових моделей машин до початку їх серійного випуску;

- усунення недоліків, виявлених випробуваннями та експлуатацією машин, які виготовляються серійно;

- удосконалення елементів серійних машин з метою підвищення їх надійності, зниження їх маси і вартості (під час виробництва та експлуатації).

Основний обсяг доводочних випробувань виконується до початку серійного випуску машин, але й потім вони не припиняються, оскільки зі збільшенням строку експлуатації виявляються специфічні відкази, недоліки конструкції, які можна усунути лише при проведенні цілеспрямованих доводочних робіт.

Практика свідчить про те, що систематичність і цілеспрямованість виконання доводочних і дослідних випробувань забезпечує й гарантує високий рівень надійності нових конструкцій машин.

Попередні - контрольні випробування дослідних зразків, які провадяться заводами - виготівниками для представлення нових марок машин на приймальні, державні, міжвідомчі або відомчі випробування.

Приймальні - контрольні випробування дослідних зразків (або дослідних партій машин) щодо доцільності їх виробництва або використання за призначенням.

4. За стадією виробництва: кваліфікаційні, пред'явні, приймально-здавальні, періодичні, інспекційні, типові, атестаційні, сертифікаті.

Кваліфікаційні - контрольні випробування установчої серії або першої промислової партії машин, їх мета - визначити готовність підприємства до випуску нової продукції у заданій кількості.

Пред'явні - контрольнівипробування продукції, які провадяться службою технічного контролю підприємства - виготівника перед пред'явленням її представнику замовника, споживача або іншим приймальним органам.

Приймально - здавальні - контрольнівипробування продукції при приймальному контролі.

Періодичні - контрольні випробування продукції, які виконуються в обсягах і у строки, встановлені нормативно-технічною документацією, для контролю стабільності якості та можливості продовження випуску машин.

Інспекційні - випробування встановлених видів продукції з метою контролю стабільності, якості машин і можливості їх подальшого випуску.

Типові - контрольні випробування продукції, коли оцінюються ефективність і доцільність змін у конструкції машин при їх модернізації.

Атестаційні - випробування провадяться для оцінки рівня якості машин при їх атестації за відповідними категоріями.

Сертифікатні - контрольні випробування продукції з метою встановлення відповідності характеристик її властивостей національним і (або) міжнародним нормативно – технічним документам.

5. За властивостями, які контролюються на безвідмовність, довготривалість, збереженість і ремонтоздатність.

Контрольні випробування на безвідмовність передбачають контроль ймовірності безвідмовної роботи за певний час або напрацювання на відказ (середнього напрацювання до першого відказу). Контрольні випробування на довготривалість - це,контроль середнього (при відомому законі розподілу часу до досягнення граничного стану) або гамма-процентного ресурсів. Їх називають ще ресурсними.

Контрольні випробування та ремонтоздатність виконують, коли до виробів пред'являють вимоги стосовно відновлення їх в умовах експлуатації на об'єкті при усуненні відказів, виявлених між плановими ремонтами і технічним обслуговуванням.

Випробування на збереженість - контроль гамма-процентного строку збереженості машин, визначення ймовірності дотримання рівної величини гамма за час, який відповідає заданому строку зберігання.

6. За місцем проведення: лабораторні, стендові, полігонні та експлуатаційні.

Лабораторні випробування виконуються в лабораторних умовах, зокрема для визначення стійкості матеріалів, деталей і з'єднань проти механічних дій, зношування, корозії, кавітації. У результаті цих випробувань визначають стійкість матеріалів і довговічність деталей, які будуть застосовані для виготовлення нових машин (у заданих режимах роботи).

Стендові - випробування, які виконуються на випробувальному обладнанні (спеціальних стендах). Ці випробування призначені для визначення ресурсу основних агрегатів і механізмів, нових або модернізованих. У процесі їх проведення виявляються конструктивні елементи, які лімітують ресурс агрегатів, досліджуються фактори і фізико-хімічні процеси, що обумовлюють їх довговічність.

Полігонні- випробування, які провадяться на полігонах. Полігони-це складні інженерні споруди, обладнані перешкодами для пересування машин. На сучасних полігонах можливе виконання і різних видів досліджень, зокрема функціональних і спеціальних, перевірка міцності несучих конструкцій машин, відновлення у них пошкоджень певного виду та ін.

Експлуатаційні - випробування, які виконують при експлуатації машин. Розрізняють три варіанти експлуатаційних випробувань: дослідну експлуатацію провадить кваліфікований персонал під регулярним контролем спеціалістів, при цьому враховується напрацювання машини і виконана нею робота, реєструються та аналізуються всі порушення за період випробування; підконтрольна супроводжується контролем стану кожної машини в умовах господарств спеціально підготовленим персоналом для збільшення обсягу і достовірності потрібної інформації, рядова здійснюється в умовах споживача з можливими відхиленнями від правил використання та обслуговування, обумовленими недостатньою кваліфікацією й технічною оснащеністю персоналу; провадиться без спостереження випробувачів, які лише отримують інформацію про надійність машин від споживача. При складних відказах випробувачів викликають у господарства.

Натурні - випробуваннямашин в умовах, відповідних умовам їх використання, тобто випробовується виготовлена машина, дія на неї відповідає її цільовому призначенню, а характеристики властивостей вимірюють безпосередньо.

Випробування з використанням моделей це проведення розрахунків на математичних або фізико-математичних моделях об'єкта випробування і (або) дії на нього у поєднанні з натурними випробуваннями його складових частин (дослідно-теоретичний метод випробувань), а також застосування фізичної моделі об'єкта випробувань. Дані натурних випробувань використовуються як вихідні для моделювання.

7.За протяжністю: нормальні, скорочені, прискорені.

Нормальні - випробування, які забезпечують інформацію про надійність машин за той же інтервал часу, що передбачено умовами експлуатації.

Скорочені - випробування за скороченою програмою. Порівняно з нормальними забезпечують отримання інформації про надійність машин у коротші календарі строки. Це досягається за рахунок ущільнення часу самих випробувань: цілодобовою роботою машин, скороченням кількості і часу, холостих ходів, збільшенням частоти робочого циклу, імітацією дії робочого середовища на машину, що дозволяє значно подовжити строк їх експлуатації.

При проведенні скорочених випробувань будівельних машин застосовують замість натуральних робочих середовищ (грунту, розчину та ін.) їх штучні замінники (парафін, відходи синтетичного волокна та ін.). Штучні замінники за фізико-механічними властивостями подібні до натуральних, а за зносостійкістю переважають їх у сотні разів.

Значною перевагою скорочених, випробувань є те, що ефект прискорення (скорочення календарного часу їх проведення) досягається без спотворення фізичної суті втрати машинами своєї працездатності.

Тому результати скорочених випробувань добре узгоджуються з експлуатаційними. Так, якщо при скорочених випробуваннях відомо, що частота прикладання навантажень збільшилась у K_п разів або об'єкт реалізував напрацювання у K_п разів більший за календарний час ніж в експлуатації,то середній ресурс, здобутий при випробуваннях (Т_пр), легко перераховується на очікуваний середній (Т_е):

Т_е = K_п Т_пр; K_п = Т_е / Т_пр

де K_п - коефіцієнт переходу (прискорення).

Прискорені – випробування, методи і умови проведення яких забезпечують отримання необхідної інформації про властивості машин за коротший час ніж при нормальних випробуваннях.

Скорочення часу при проведенні прискорених випробувань досягається за рахунок інтенсифікації фізико-хімічних і фізико-механічних процесів руйнування (пошкодження) деталей машин: форсування навантажень, швидкостей, температури, вібрацій та ін.

Проте форсування режимів прискорених випробувань не безмежне. Воно може призвести до спотворення результатів випробувань, оскільки кожний процес руйнування (пошкодження) деталей мас свою критичну зону, за якою відбуваються якісні зміни. Тому режими і методи прискорених натурних випробувань повинні визначатися так, щоб не було досягнуто критичної зони, отже, якісна характеристика руйнування залишилась незмінною.

Щоб забезпечити ефективність і достовірність прискорених випробувань, необхідно погодити їх подібність з експлуатаційними випробуваннями.

Розрізняють фізичну і математичну подібність.

Фізична подібність полягає у тому, що суть відказів при форсованих й експлуатаційних випробуваннях повинна залишатись однаковою за видом і характером. Математична - в тому, що ймовірність безвідмовної роботи машин при форсованих й експлуатаційних випробуваннях повинна бути однаковою (принцип рівних ймовірностей).

При забезпеченні масштабної подібності коефіцієнт переходу випробувань від прискорених до експлуатаційних повинен бути сталим для будь-якого і / K = const.

У цьому випадку умова рівності ймовірностей призведе до рівності коефіцієнтів варіації часу безвідмовної роботи при прискорених випробуваннях і в експлуатації:

V_tпр = V_te.

Цей висновок справедливий для всіх законів розподілу, але однакових при прискорених і експлуатаційних випробуваннях.

Тобто, якщо відбулись прискорені випробування n_пр, зразків, а в експлуатації n_е зразків, то приймаючи як середні, здобуті в результаті досліду Т_пр, Т_е, s_пр, s_е розраховують:

 

. (1.1)

Після цього перевіряють умову рівності коефіцієнтів варіації за нерівністю:

. (1.2)

Якщо це забезпечується, то умови подібності витримані.

Рекомендований склад випробувань на надійність наведено у табл.1.3. Як висновок, випробування на надійність машин-це система проведення комплексу експериментів і спостережень, які виконуються в певному обсязі і у заданій послідовності.

Передбачається максимальне використання календарного часу на проведення відповідних випробувань. При цьому властивості машин оцінюються за сукупністю інформації, отриманої при випробуваннях усіх видів, зокрема з урахуванням статистичної природи їх показників.

Склад випробувань на надійність

Таблиця 1.3

Властивість, яка контролюється	Контроль при випробуваннях
попередніх	приймальних	кваліфікаційних
дослідні зразки	установча серія машин
Безвідмовність	Визначачьні (нормальні або прискорені)	Контрольні (або прискорені)	Нормальні
Ремонтоздатоздатність	Визначальні (прискорені)	Контрольні	Прискорені
Довговічність, збереженість	Визначальні, які проваляться самостійно (прискорені)	Не провадять
Кілька властивостей	Визначальні	Контрольні

 

У період конструювання і виготовлення дослідних зразків машин основна роль належить дослідним і доводочним випробуванням, коли виконується основний обсяг лабораторних і стендових випробувань. Після завершення цього етапу провадять попередні визначальні випробування. На основі їх результатів встановлюються фактичні значення показників надійності, розробляються комплексні плани організаційно-технологічних заходів щодо забезпечення рівня надійності нових моделей машин за рахунок підвищення довговічності конструктивних елементів, які лімітують ресурс їх основних агрегатів. При позитивних результатах приймається рішення про можливість проведення державних (міжвідомчих) приймальних випробувань.

Готовність підприємств - виготівників до випуску нової продукції у запланованих обсягах і заданим рівнем надійності визначається на основі кваліфікаційних контрольних випробувань машин установчої серії.

Контроль надійності серійних машин здійснюється на основі приймально-здавальних, періодичних і типових випробувань. За їх результатами визначають ступінь відповідності показників надійності серійних машин значенням встановлених нормативів.

Для скорочення часу і витрат на проведення випробувань їх виконують в умовах лабораторій на стендах і полігонах із застосуванням режимів, які б забезпечували своєчасне отримання інформації про надійність машин з мінімальними витратами.

Застосування лабораторних і стендових випробувань в сучасних умовах через часті зміни моделей і підвищення довговічності машин - це об'єктивна необхідність. Особливо це стосується будівельних машин, які використовуються переважно сезонно, і тривалість їх використання протягом календарного року обчислюється найчастіше коротким терміном.

Лабораторні і стендові випробування при дотриманні певних методичних правил забезпечують отримання найціннішої інформації про надійність складових частин машин, при цьому значно оперативніше і з меншими витратами ніж в умовах експлуатації. Це дає змогу своєчасно завершити доводку нових машин, внести в їх конструкцію необхідні корективи і виключити при наступних випробуваннях відкази, виявлені за результатами лабораторних і стендових випробувань.

Проте інформація про надійність, отримана в процесі лабораторних і стендових випробувань, не є вичерпною.

Передбачається доповнення її результатами наступних випробувань, які провадяться в умовах експлуатації (часто вони виконуються паралельно з лабораторно-стендовими).

Експлуатаційним випробуванням піддаються повнокомплектні машини в межах кожної природокліматичної зони України.

Системою випробувань передбачається залучення для повної оцінки надійності машин результатів експлуатаційних спостережень.

Сфера експлуатації машин розглядається як гігантський полігон, на якому працюють десятки, а нерідко і сотні тисяч машин різних років випуску, в різних кліматичних зонах, з дотриманням і недотриманням правил експлуатації, технології, технічного обслуговування і ремонту, при постійному дефіциті й недостатній якості запасних частин та паливно-мастильних матеріалів.

Така інформація збирається на основі зворотних зв'язків підприємств-виготівників з базовими (експлуатаційними) господарствами, пунктами технічного обслуговування і ремонтними підприємствами, в результаті разових спостережень, аналізу рекламацій. Дослідження ремонтного фонду деталей машин, які надходять у ремонт, накопичують інформацію, що широко застосовується для подальшого підвищення надійності серійних машин, забезпечення машинного парку запасними частинами, удосконалення технології виготовлення систем технічного обслуговування і ремонту.

Системою передбачається проведення атестаційних і сертифікатних випробувань для визначення рівня (категорії) якості, а також встановлення відповідності властивостей нових машин національним і (або) міжнародним нормативно-технічним вимогам.

На основі проведеного аналізу видів випробувань на надійність можна стверджувати, що при відповідній експериментальній базі, раціональній організації робіт, використанні сучасних методів і засобів, а також вітчизняного і зарубіжного досвіду випробувань прийнята система спроможна забезпечити своєчасний контроль надійності машин і обладнання, якими оснащується сучасне будівельне виробництво.