1.4.4. Ускоренные и форсированные испытания

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Машиностроение
Длительность испытаний колесных и гу­сеничных машин определяется отрезком вре­мени от начала, обеспеченного поставкой на место проведения выделенных машин, до мо­мента, когда полученная информация стано­вится достаточной для выполнения целей и задач, намеченных программой. Наибольшую длительность имеют эксплуатационные испы­тания в условиях рядового использования ма­шин. Близкими по содержанию, объему и качеству информации к использованию в ря­довой эксплуатации, но существенно ускорен­ными, являются полигонные испытания.
Ускоренные полигонные испытания мак­симально эффективны при проведении наибо­лее длительных ресурсных испытаниях. Обо­рудование современных полигонов предусмат­ривает проведение стендовых, лабораторно- дорожных и ходовых испытаний с выполнени­ем рабочих (технологических) функций. Для ускорения полигонных испытаний использует­ся влияние всех перечисленных выше факто­ров на длительность получения необходимой информации. При лабораторно-дорожных испытаниях на полигоне сокращение их дли­тельности достигается уплотнением подготови­тельных и организационных работ, стабильно­стью технологии и технической базы, повы­шением производительности труда за счет поточных методов их проведения.
Наиболее длительной частью полигонных испытаний являются пробеговые (с выполне­нием рабочих функций). Сокращение этой части является определяющим направлением ускорения испытаний машин в целом. Реали­зация этого направления зависит от оборудо­вания полигона. Так, при наличии автомати­ческого погрузочно-разгрузочного бункерного комплекса включение его в план пробега со­кращает испытания самосвалов за счет объе­динения в общий процесс без холостых про­стоев ходовые и функциональные испытания. Точно также при наличии соответствующего оборудования исключаются нерабочие клима­тические периоды использования, неизбежные в эксплуатационных испытаниях.
Выбор числа испытуемых образцов и браковочного уровня (план испытаний) на основе располагаемой информации о поли­гонных испытаниях однотипных образцов не только сокращает необходимый пробег, но и повышает достоверность результатов.
Ускорения полигонных испытаний доби­ваются при проведении пробегов на специаль­но обустроенных дорогах полигонов: во- первых, на испытательных дорогах со стабиль­ным покрытием, вызывающим предельно ин­тенсивное и направленное на отдельные части конструкции воздействие, уровень которого соответствует малой части переменного нагру­жения в рядовой эксплуатации, а иногда и являющимся экстремальным. В этих условиях увеличенного по размахам и частоте перемен­ного нагружения испытания становятся фор­сированными; во-вторых, на дорогах с покры­тием, воспроизводящим дороги общего пользования разных категорий.
Примером реализации первой концеп­ции является комплекс специальных дорог для ускоренного испытания грузовых автомобилей и тягачей многоцелевого назначения, извест­ный как комплексная испытательная трасса. Ускорение испытаний на ней с форсировани­ем воздействий дороги наиболее эффективно, прежде всего, для быстрой оценки допустимых замен материалов, качества обработки, техно­логий, качества ремонта и других экстренно проводимых конструкторско-технологических мероприятий в производстве и восстановлении машин.
Примером реализации второй концепции является сооружение комплекса типовых дорог (скоростная, булыжная, грунтовая). В этом случае ускорение испытаний достигается кро­ме уплотнения календарного времени за счет включения в общий пробег увеличенной доли пробега на дорогах, на которых уровень пере­менных нагрузок превышает пределы вынос­ливости несущих или напряженных деталей, исключаются перерывы в возмущении пере­менного нагружения. Ускорение испытаний достигается включением форсированных воз­действий, для чего во второй очереди полиго­на [49] созданы специальные дороги направ­ленных интенсивных нагрузок (треки с искусственными неровностями, с крупным булыжником, бельгийская мостовая и др.). С применением этих сооружений в ресурсные испытания включены два вида полигонных испытаний: нормальные ускоренные (без включения пробега на дорогах интенсивного воздействия); ускоренные форсированные (включая пробег на дорогах интенсивного на­правленного воздействия).
В основе планирования нормальных (без форсирования) полигонных испытаний лежат исследование условий работы машины по на­значению, оценка и анализ режимов нагруже­ния агрегатов, узлов и деталей в эксплуатации. Так как подавляющее большинство различных типов колесных и гусеничных «машин имеют широкий диапазон использования, характери­зующийся массой случайных режимов нагру­жения и обстоятельств движения, для воспро­изведения их в ускоренных полигонных испы­таниях подбирают типизированные условия эксплуатации. Например, для автомобилей общетранспортного назначения выделяются режимы при городских, магистральных и гор­ных перевозках.
Для отражения типизированных условий на полигоне подбирается комплекс дорог, соответствующих по характерным признакам (ровности, сопротивлению качению, распреде­лению подъемов и спусков, поворотов по про­тяженности). На составленных из них маршру­тах воспроизводятся режимы движения, соот­ветствующие типизированным условиям в эксплуатации, по режимометрическим харак­теристикам (по распределению по пути расхо­дов топлива, переключению передач, движе­нию на разных передачах, торможению, часто­там вращения коленчатого вала двигателя и др.). Регулируются и уточняются режимы дви­жения на испытательном маршруте дополни­тельными предписаниями по управлению ис­пытуемой машиной.
Таким образом, устанавливается регла­ментированный пробег с нормативными сред­ними скоростями движения на каждой испы­тательной дороге, распределением по ним общего пробега в долях, чередованием движе­ний и остановок, продолжительности переры­вов (по санитарным нормам труда испытате­лей). Отработка таких нормативов рядовых полигонных испытаний создает предпосылки для дальнейшего их ускорения на специальных испытательных дорогах интенсивного и на­правленного нагружения. Такое форсирование основано на установленном факте преимуще­ственного повреждения машин на протяжении нормированного ресурса от накопления уста­лости в материале нагруженных деталей [49]. Так, по данным наблюдения на протяжении ресурсного пробега, нормируемого по кумуля­тивной стоимости, израсходованный запасных частей (15 % стоимости), повреждения от ус­талости достигают 70 % всех наблюдаемых поломок.
При движении по испытательным доро­гам автополигона со стабильным покрытием, с регламентированными скоростями, управлени­ем рабочими операциями переменные по­вреждающие направления в деталях имеют характер хотя и случайных, но стационарных процессов. Эти процессы поддаются цикли­ческой схематизации и систематизации так, что для каждой детали и на каждой дороге нагрузочный режим представляется в виде распределения количества законченных циклов изменения напряжения (или контактного дав­ления) с различными амплитудами.
Сопоставление нагрузочных режимов в одной и той же детали, формируемых на раз­личных дорогах, производится по известной или рассчитываемой характеристике усталости в опасном сечении определением меры по­вреждающего воздействия или сопоставимого показателя накопления усталостного повреж­дения за единицу пробега.
Если нагрузочный режим на испытатель­ной дороге 2 отличается более высоким значе­нием амплитуд и (или) частотой циклов, чем на испытательной дороге 1, то до наступления одинакового усталостного повреждения дан­ной детали требуется пробег по дороге 2 в Кэ2iраз больший, чем на дороге 1. Коэффи­циент эквивалентности имеет смысл коэффи­циента ускорения испытаний.
Пробеги или рабочие операции с форси­рованием нагрузочных режимов значительно сокращают продолжительность испытаний до исчерпания ресурса.
Форсирование режима нагружения огра­ничивается по амплитудам циклов переменно­го напряжения, так как при ходовых испыта­ниях машин диапазоны возможных частот его изменения, как правило, ниже порога влияния на усталость. Максимально допустимые амп­литуды напряжений устанавливаются по ре­зультатам анализа нагрузочных режимов в эксплуатации или нормальных полигонных испытаний, регистрируемых в эксперименте или определенных расчетом конструкции. Как максимальные амплитуды, так и спектр их в нагрузочном режиме, регулируемые на осно­вании анализа, определяются необходимостью сохранить процесс разрушения качественно в том же виде, что и при рядовых испытаниях.
При форсированных испытаниях на спе­циальных дорогах остро направленного интен­сивного воздействия темпы накопления по­вреждения в различных деталях и узлах суще­ственно различны. При произвольном выборе протяженности пробега на различных дорогах перегрузка одних элементов конструкции вы­зывает быстрое исчерпание ресурса за корот­кий пробег, в то время как недогрузка других обусловливает значительное увеличение его по сравнению с пробегом в нормальных рядовых испытаниях. Оптимальным является такое распределение пробега при ресурсных испыта­ниях, при котором накопленное повреждение в деталях сохраняется таким же, как в момент окончания нормальных испытаний. Для фор­мализации этой связи выбирается ограничен­ное число деталей наиболее нагруженных уз­лов ходовой части и трансмиссии (базовые элементы), по их нагрузочным режимам опре­деляются сопоставимые показатели накопле­ния усталости на каждой испытательной доро­ге, обобщается соотношение (1.4.2) на весь комплекс дорог в форсированных и нормаль-' ных испытаниях и составляется математичес­кая модель пробега. В модели учитываются: 
сеть испытательных дорог с регламен­тированным режимом движения и установ­лениями рабочими операциями, обозначае­мых в программе рядовых (нормальных) ис­пытаний индексами в про­грамме форсированных испытаний индекса­ми.
технологический процесс проведения ря­довых испытаний, характеризуемый установ­ленным общим объемом пробега Sq и разбив­кой его в долях Цу, по разным дорогам;
восприимчивость конструкции к пере­менным нагрузкам, характеризуемая сопоста­вимыми показателями накопления поврежде­ния каждой базовой детали с номером к на каждой дороге в нормальных испытаниях F^ в форсированных Fy.
Число элементов конструкции, в которых можно заранее оце­нить сопоставимые показатели накопления повреждения, ограничено, а число специаль­ных дорог и сооружений для возможно более разностороннего и полного воспроизведения эксплуатационных условий включается в воз­можно более широкую номенклатуру так, что как правило, р « п. При этом система (1.4.4) имеет множество решений. Искомые пробеги на разных ирпытательных дорогах характери­зуются не только протяженностью Lj, но и при регламентированной средней скорости движения Vy, затрачиваемым на испытания временем tj= Lj/ Vy. Кроме того, в зависимо­сти от дислокации испытательных дорог* время на подъезд к ним оценивается удельным пока­зателем, как потерей на единицу протяженнос­ти испытательного пробега fy.
Поскольку основной целью .форсирован­ных испытаний является сокращение времени, оптимальным из множества возможных реше­ний системы (1.4.4) является то, что дает ми­нимальные затраты времени. Тогда очевидна следующая математическая формулировка задачи форсированных испытаний: при огра­ничениях, выраженных системой уравнений и неравенств (1.4.4), нужно найти такие значе­ния протяженности пробега на каждой испы­тательной дороге Lj, при которых минимизи­руется целевая функция - длительность форси­рованных пробеговых испытаний.
Необходимый расчет оптимального про­бега приводится к решению стандартной зада­чи линейного программирования. Математи­ческая модель (1.4.4), (1.4.5) может быть обобщена на форсирование процессов не только усталости, но и износа, коррозии, ста­рения, перетирания контактирующих элемен­тов и .других повреждений. Например, если к числу базовых деталей отнесены диски сцеп­ления, форсированный режим их нагружения создается многократным включением при троганиях на подъемах большой крутизны, а сопоставимым показателем повреждающего воздействия выбрана работа буксирования на 1 км пробега, то в математической модели форсированных испытаний это отражается дополнительными строкой и столбцом, выра­жающими эквивалентность соответственно суммарной работы буксирования и дополни­тельной усталости всех базовых деталей от перегрузок при резких троганиях в форсиро­ванных и рядовых испытаниях.
Оптимальное программирование дает существенное ускорение пробеговых испыта­ний. Так, форсированные испытания автомо­билей общегранспортного назначения по оп­тимальной программе для подтверждения объявленного ресурса сокращаются по време­ни в 3 - 5 раз по сравнению с рядовыми ис­пытаниями. В настоящее время практически все плановые ресурсные испытания на автопо­лигоне проводятся по программам форсиро­ванных. Эффективно используется математи­ческая модель пробега для форсированных испытаний отдельных узлов или агрегатов машин при минимизации повреждения смеж­ных элементов конструкции.
Значительное ускорение испытаний дос­тигается форсированием не только воздей­ствий от дороги, но и других внешних факто­ров, особенно ускоряющих изнашивание и коррозию. В первом случае широко применя­ется введение в сочленения, зоны трения дета­лей дозированного, но большего чем при экс­плуатации, количества абразива. Существенно сокращаются при этом сроки испытаний на износ двигателей, траков и их сочленений в гусеничных цепях, подшипников, гидроприво­дов рабочих органов и других узлов, в которых износ является лимитирующим ресурс дефек­том. Правильное форсирование этого фактора достигается оптимальным выбором вида, дис­персности, влажности и количества вводимого абразива. Оптимизируется форсирование по критерию воспроизводимости повреждения детали, наблюдаемого в эксплуатации.
Во втором случае для ускорения испыта­ний эффективно используются климатические камеры с регулируемыми температурой, влаж­ностью и насыщенностью агрессивными ком­понентами атмосферы, водяные и, грязевые ванны. Нормированная выдержка в них, чере­дующаяся с пробегом на испытательных доро­гах, в котором происходит естественная обдув­ка и сушка, приближает условия форсирован­ного воздействия к эксплуатационным. Осно­вой оптимизации форсирования служат зако­номерности развития очагов коррозии в эксп­луатации и при испытаниях с использованием искусственных сооружений.
Во всех способах ускорения и форсиро­вания испытаний общим требованием является исключение повреждений, поломок, отказов, не характерных для процессов эксплуатации или рядовых полигонных испытаний с вос­произведением типизированных условий. По­этому всякое ускорение испытаний основано на исследованиях условий работы машины, причин поломок и отказов, распределения их по времени.
Перспективным в связи с этим направ­лением ускорения испытаний, особенно конт­рольных, является сокращение их продолжи­тельности благодаря прогнозу наработки при известном законе ее статического распределе­ния. Это направление основано на использо­вании методов цензурирования выборок и априорной информации о повреждаемости однотипных конструкций. Практическая его реализация требует статических данных о по­вреждаемости, надежности колесных и гусе­ничных машин, создания автоматизированных информационно-расчетных систем.


 

Поиск


Сейчас 35 гостей онлайн





Забыли данные входа на сайт?