litceysel.ru
добавить свой файл
1 2 3 4


Федеральное

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Вагоны»

Ю.В. ЗЫКОВ


А.Э. ПАВЛЮКОВ


ПРОГРАММА И МЕТОДИКА

ИСПЫТАНИЙ


Екатеринбург

2011

Федеральное

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Вагоны»




Ю.В. ЗЫКОВ


А.Э. ПАВЛЮКОВ


ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ


Методические рекомендации к разработке методик испытаний при проведении научно-исследовательских работ для аспирантов и докторантов

технических специальностей

Уральского государственного университета путей сообщения


Екатеринбург

УДК 656.2 (09)
П – 50


Зыков Ю.В., Павлюков А.Э. Программа и методика испытаний. Методические рекомендации к разработке методик испытаний при проведении научно-исследовательских работ для аспирантов и докторантов технических специальностей Уральского государственного университета путей сообщения. – Екатеринбург, УрГУПС, 2011. – 30 с.


Даны методические рекомендации по разработке методик испытаний, проводимых аспирантами и докторантами в рамках исследований по теме диссертаций, а также в рамках выполнения хоздоговорных научно-исследовательских работ технического направления.

Рекомендации одобрены и утверждены на заседании кафедры «Вагоны», протокол № 1 от 29.08.2011. Текстовая часть методических рекомендаций выполнена в соответствии с ГОСТ 2.105-95 ЕСКД «Общие требования к текстовым документам».

Авторы: Ю.В. Зыков, профессор кафедры «Вагоны», канд. техн. наук


А.Э. Павлюков, профессор кафедры «Вагоны», д-р техн. наук


Рецензенты:

А.В. СМОЛЬЯНИНОВ– профессор кафедры «Вагоны» УрГУПС, д-р техн. наук


А.Н. БАРАНОВ – Зам. главного конструктора Уральского

конструкторского бюро вагоностроения

ФГУП «ПО Уралвагонзавод»


 Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), 2011


СОДЕРЖАНИЕ





ВВЕДЕНИЕ




1

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ




2

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ И МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ

2.1 Общие требования к программам и методикам испытаний

2.2 Требования к структуре и содержанию программ испытаний и методик

2.3 Оформление программ и методик испытаний







БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК







ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г




ВВЕДЕНИЕ


«Наука движется толчками в зависимости от успехов, делаемых методикой»


Павлов И.П., лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1904 г.


Объективность и достоверность любого теоретического исследования может подтверждаться различными способами:

– соответствием полученных результатов исследованиями других авторов; опытными данными из эксплуатации объекта исследований;


– результатами экспериментальных исследований, проводимых различными организациями; экспериментальными исследованиями, которые поставил сам автор или в которых принимал участие.

Научная работа, содержащая экспериментальные результаты, тем более полученные лично автором, всегда выгодно отличается от тех работ, в которых этих результатов нет. Однако это не означает, что раз есть в работе экспериментальные данные, то это уже гарантия успеха работы. Очень часто исследователи в силу отсутствия опыта подходят к эксперименту легкомысленно, заранее не определяя характер и последовательность действий при испытаниях, что приводит к малой информативности полученных результатов или их малой значимости.

Следует сказать, что большинство видов испытаний невозможно воспроизвести повторно по техническим, финансовым или организационным причинам, например испытания, в результате которых объект разрушается или повреждается; или натурные испытания, которые проводятся на участке железной дороги в согласованный с большими трудностями и выделенный администрацией дороги интервал времени. Поэтому в такой ситуации огромную роль играет грамотно разработанная методика и программа испытаний, которые должны учесть все обстоятельства при проведении испытаний. Данные документы имеют важное значение не только для самого исследователя, как систематическое представление технологии проведения испытаний, но и как организационный документ, который согласовывает право на проведение испытаний на производственной базе учреждения или предприятия, где планируется провести данные испытания.


1 ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ


Стандарт 16.504-81 «Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения» [1] устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий в области испытаний продукции.

Приведем некоторые из них с пояснениями.

Испытания (Test) - Экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него, при его функционировании, при моделировании объекта и (или) тестовом воздействии.


Экспериментальное определение характеристик свойств объекта при испытаниях может проводиться путем использования измерений, анализов, диагностирования, органолептических методов, путем регистрации определенных событий при испытаниях (отказы, повреждения) и т. д.

Характеристики свойств объекта при испытаниях могут оцениваться, если задачей испытаний является получение количественных параметров или качественных оценок, а могут контролироваться, если задачей испытаний является только установление соответствия характеристик объекта заданным требованиям. В этом случае испытания сводятся к контролю.

Важнейшим признаком любых испытаний является принятие на основе их результатов определенных решений.

Другим признаком испытаний является задание определенных условий испытаний (реальных или моделируемых), под которыми понимается совокупность воздействий на объект и режимов функционирования объекта.

Определение характеристик объекта при испытаниях может производиться как при функционировании объекта, так и при отсутствии функционирования, при наличии тестовых воздействий, до или после их приложения.

Объект испытаний (Item under test) - изделие (часть изделия, образец), подвергаемое испытаниям. Объектом испытаний может быть макет или модель изделия и решение по результатам испытаний может относиться непосредственно к макету или модели. Однако если при испытании какого-либо изделия некоторые элементы его приходится для испытаний заменить моделями или отдельные характеристики изделия определять на моделях, то объектом испытаний остается само изделие, оценку характеристик которого получают на основе испытаний модели.

Объектом испытаний на железнодорожном транспорте могут быть различные виды подвижного состава, отдельные конструктивные элементы или части подвижного состава, элементы верхнего строения пути, устройства электроснабжения, системы и устройства автоматики, технологическое оборудование для ремонта и технического обслуживания, средства технической диагностики, новые материалы, виды защитных покрытий, смазок и др.


Модель для испытаний (Test model) - изделие, процесс, явление, математическая модель, находящиеся в определенном соответствии с объектом испытаний и (или) воздействиями на него и способные замещать их в процессе испытаний.

Макет для испытаний (Test mock-up) - изделие, представляющее упрощенное воспроизведение объекта испытаний или его части и предназначенное для испытаний

Метод испытаний (Test method) - правила применения определенных принципов и средств испытаний.

Объем испытаний (Extent of test) - характеристика испытаний, определяемая количеством объектов и видов испытаний, а также суммарной продолжительностью испытаний. Объем испытаний должен быть достаточным для получения достоверных данных оценки характеристик, параметров и свойств объекта испытаний и обосновывается расчетом.

Средство испытаний (Test means) - техническое устройство, вещество и (или) материал для проведения испытаний.

Испытательное оборудование (Test equipment) - средство испытаний, представляющее собой техническое устройство для воспроизведения условий испытаний.

Данные испытаний (Test data) - регистрируемые при испытаниях значения характеристик свойств объекта и (или) условий испытаний, наработок, а также других параметров, являющихся исходными для последующей обработки.

Результат испытаний (Test result) - оценка характеристик свойств объекта, установления соответствия объекта заданным требованиям по данным испытаний, результаты анализа качества функционирования объекта в процессе испытаний.

Протокол испытаний (Test report) - документ, содержащий необходимые сведения об объекте испытаний, применяемых методах, средствах и условиях испытаний, результаты испытаний, а также заключение по результатам испытаний, оформленный в установленном порядке.

Исследовательские испытания (Investigation test) - испытания, проводимые для изучения определенных характеристик свойств объекта.


Исследовательские испытания проводятся с целью:

– определения или оценки показателей качества функционирования испытуемого объекта в определенных условиях его применения;

– выбора наилучших режимов применения объекта или наилучших характеристик свойств объекта;

– сравнение множества вариантов реализации объекта при проектировании и аттестации;

– построения математической модели функционирования объекта (оценки параметров математической модели);

отбора существенных факторов, влияющих на показатели качества функционирования объекта;

– выбора вида математической модели объекта (среди заданного множества вариантов).

Лабораторные испытания (Laboratory test) - испытания объекта, проводимые в лабораторных условиях.

Стендовые испытания (Bench test) - испытания объекта, проводимые на испытательном оборудовании.

Понятие «испытательный стенд» в различных отраслях трактуется по разному. Так, например, в технике вибрационных испытаний под вибрационным стендом понимается вибрирующий стол, на который устанавливается испытуемое изделие, а весь комплекс средств управления и измерения вместе со столом называют вибрационной установкой. В железнодорожной отрасли, например, используются силовые стенды заводского изготовления для испытаний статическими и динамическими нагрузками, а также уникальные стенды, изготовленные специально для исследовательских испытаний.

Поскольку термин «испытательное оборудование» как средство испытаний для воспроизведения условий испытаний полностью охватывает все толкования понятия «испытательный стенд», то соответственно, распространенный термин «стендовые испытания» определяется как испытания, проводимые на испытательном оборудовании.

Полигонные испытания (Ground test) - испытания объекта, проводимые на испытательном полигоне. Типичный пример подобных испытаний в железнодорожной отрасли – это испытания на полигоне Всероссийского научно исследовательского института железнодорожного транспорта на ст. Щербинка (Моск. ж.д.).


Натурные испытания (Verification test in situ) - испытания объекта в условиях, соответствующих условиям его использования по прямому назначению с непосредственным оцениванием или контролем определяемых характеристик свойств объекта.

Натурные испытания реализуются в случае выполнения трех основных условий:

1. Испытаниям подвергается непосредственно изготовленная продукция (т. е. объект испытаний) без применения моделей изделия или его составных частей.

2. Испытания проводятся в условиях и при воздействиях на продукцию, соответствующих условиям и воздействиям использования по целевому назначению.

3. Определяемые характеристики свойств объекта испытаний измеряются непосредственно и при этом не используются аналитические зависимости, отражающие физическую структуру объекта испытаний и его составных частей. Допускается использование математического аппарата статистической обработки экспериментальных данных.

Пример: 1. На испытания представлен вагон поезда «Невский экспресс» на тележках модели 68-4075(4076). Целью испытаний является определение температур нагрева буксовых узлов на четных и нечетных осях. Испытания проводятся в рамках рейса поезда между Москвой и Санкт-Петербургом. В процессе испытаний проводятся измерения температур буксовых узлов и температур подшипников с помощью датчиков температуры, установленных перед поездкой. Следовательно, тележка подвергается натурным исследовательским испытаниям.

Пример 2. На испытания представлен кронштейн подвески железнодорожной контактной сети. Цель испытаний: определение напряженного и деформированного состояния кронштейна в эксплуатационных условиях. С помощью тензорезисторов и датчиков деформации производится запись показаний прямо на перегоне в режиме эксплуатации. При этом напряженно-деформированное состояние кронштейна будет отражать нагрузки, действующие непосредственно в эксплуатации (натуре).

Испытания с использованием моделей (Test with modeling) - Испытания с использованием моделей включают проведение расчетов на математических или физико-математических моделях объекта испытаний и (или) воздействий на него в сочетании с натурными испытаниями объекта и его составных частей (опытно-теоретический метод испытаний), а также применение физической модели объекта испытаний или его составных частей. Данные натурных испытаний необходимы в качестве исходных данных для моделирования, а также используются для проверки правильности функционирования объекта испытаний (правильности стыковки составных частей объекта, способности объекта выполнять задачи, для решения которых он предназначен, и т. д.).


Эксплуатационные испытания (Field test) - испытания объекта, проводимые при эксплуатации. Одним из основных видов эксплуатационных испытаний является опытная эксплуатация. Кроме того, может проводиться подконтрольная эксплуатация, которая в некоторой степени условно может быть отнесена также к эксплуатационным испытаниям. Подконтрольная эксплуатация представляет собой естественную эксплуатацию, ход и результаты которой наблюдаются персоналом, специально предназначенным и подготовленным для этой цели (дополнительным или штатным) и руководствующимся документацией, разработанной также специально для сбора, учета и первичной обработки информации, источником которой служит подконтрольная эксплуатация.

Пример: В течении многих лет эксплуатируется опытный поезд грузовых вагонов УрГУПС – Уралвагонзавод. Объект испытаний, например новый узел в тормозах вагона, устанавливается на несколько вагонов опытного поезда (или изготавливаются новые вагоны и устанавливаются в опытный поезд), в течении определенного программой эксплуатационных испытаний времени производится эксплуатация на путях ОАО «РЖД» данного узла. В процессе эксплуатации производится контроль за эксплуатацией установленного узла, периодические осмотры и проведение контрольных замеров, параметров и характеристик с составлением протокола измерений и выводов, то есть осуществляются эксплуатационные испытания.

Нормальные испытания (Normal test) - испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации о характеристиках свойств объекта в такой же интервал времени, как и в предусмотренных условиях эксплуатации.

Ускоренные испытания (Accelerated test) - испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимой информации о характеристиках свойств объекта в более короткий срок, чем при нормальных испытаниях.

Пример: Испытаниям подвергается несущая рама тележки. Цель испытаний – определение усталостной прочности рамы. Испытания проводятся на стенде, реализующем циклическое нагружение рамы. Чтобы не воссоздавать на стенде соответствующее за весь срок эксплуатации число циклов, величина нагрузок по отношению к действующим в эксплуатации завышена на коэффициент форсирования нагрузки. Тем самым достигается сокращение срок проведения испытаний, то есть испытания ускоренные.


Неразрушающие испытания (Nondestructive test) - испытания с применением неразрушающих методов контроля.

Разрушающие испытания (Destructive test) - испытания с применением разрушающих методов контроля.

Испытания на прочность (Strength test) - испытания, проводимые для определения значений воздействующих факторов, вызывающих выход значений характеристик свойств объекта за установленные пределы или его разрушение.

Испытания на устойчивость (Stability test) - испытания, проводимые для контроля способности изделия выполнять свои функции и сохранять значения параметров в пределах установленных норм во время действия на него определенных факторов.

Функциональные испытания (Functional test) - испытания, проводимые с целью определения значений показателей назначения объекта.

Испытания на надежность (Reliability test) - испытания, проводимые для определения показателей надежности в заданных условиях. При данном виде испытаний контролируется техническое состояние объекта.

Техническое состояние – характеристика в определенный момент времени свойств объекта, изменяющихся в процессе эксплуатации и заданных признаками, параметрами, установленными нормативно-технической документацией.

Вид технического состояния – категория технического состояния, характеризуемая соответствием или несоответствием качества объекта определенным техническим требованиям, установленным нормативно-технической документацией на этот объект.

Основные категории технического состояния:


  • работоспособное или неработоспособное;

  • исправное или неисправное;

  • предельное.

Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные (требуемые) функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.


Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные (требуемые) функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.

Исправное состояние - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.

Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и конструкторской документации.

Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

По данным испытаний на надежность должны разрабатываться рекомендации по обеспечению безотказности объекта, для этого нужен анализ характера и причины того или иного отказа.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение определенного времени или некоторой наработки.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Критерий отказа – признак (диагностический признак) или совокупность признаков неработоспособного состояния объекта.

Независимый отказ – отказ объекта не обусловленный отказом другого объекта.

Зависимый отказ – отказ объекта, обусловленный отказом другого объекта.

Внезапный отказ – отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. Внезапному отказу не предшествует направленное изменение какого-либо из наблюдаемых эксплуатационных параметров объекта, в связи с этим прогнозировать возникновение внезапного отказа практически невозможно.

В то же время понятие внезапного отказа относительно. При более глубоком изучении процессов и причин, связанных с возникновением отказа может появиться возможность обнаружения таких изменений в объекте, которые закономерно предшествуют возникновению отказа, считавшегося раньше внезапным.


Постепенный отказ – отказ, характеризующийся постепенным изменением значений одного или нескольких параметров объекта.

Перемежающийся отказ – многократно возникающий самоустраняющийся отказ объекта одного и того же характера (вида).

Причина отказа – явления, процессы, события и состояния, обусловившие возникновение отказа объекта.

Причины отказов технических средств, в частности, подвижного состава:

- несовершенство конструкции (недостаточный запас прочности, низкие показатели надежности, ремонтопригодности, контролепригодности, недостаточный ресурс и др.);

- низкое качество изготовления, постройки;

- нарушение правил эксплуатации;

- нарушение технологии ремонта и технического обслуживания.

В соответствии с этими причинами отказы можно разделить на два вида:

- производственные отказы, вызванные нарушением технических условий при изготовлении деталей, комплектующих изделий, постройке подвижного состава, нарушением правил ремонта;

- эксплуатационные отказы, вызванные нарушением правил эксплуатации и технического обслуживания.

Параметр потока отказов – отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку (продолжительность или объем работы объекта) к значению этой наработки.

Поток отказов характеризуется ведущей функцией

(1.1)

где: М – символ математического ожидания;

r(t) – число отказов за время t.

Параметр потока отказов

(1.2)

Имеем соотношение

. (1.3)


Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник, определяется по формуле

(1.4)

где f(t) –функция плотности вероятности наработки до отказа;

P(t) – вероятность безотказной работы;

F(t) – функция распределения наработки до отказа.

Вагон является восстанавливаемым объектом, его работоспособность восстанавливается на ремонтных предприятиях, в основном, путем замены отказавших деталей или сборочных единиц.

Приняв за единицу измерения наработки вагоно-км пробега, (можно принять вагоно-осе-км, поездо-км, поездо-ч) определяем параметр потока отказов вагонов

, (1.5)

где n – число отказов, вызвавших вынужденную остановку поездов в пути следования за время t;

Nl – пробег в вагоно-км по участку за время t.

Наработка между отказами определяется по формуле

. (1.6)

Вероятность безостановочного следования поездов по участку выражается соотношением

, (1.7)

где Nи – количество исправно проследовавших поездов за время t;

No – общее количество поездов, проследовавших по участку;

n – количество поездов, имевших вынужденную остановку из-за отказов вагонов.

В общем случае (1.7) можно преобразовать как функцию параметра потока отказов


(1.8)

Опасность того или иного отказа характеризуется его последствиями.

Последствия отказа – явления, процессы, события и состояния, возникшие при отказе и находящиеся в непосредственной причинной связи с ним.


Перечисленные далее виды испытаний проводят для проверки работоспособности и (или) сохранения внешнего вида изделий в пределах, установленных нормативно технической документацией, в условиях и после воздействия указанных факторов.

Механические испытания (Mechanical test) - испытания на воздействие механических факторов.



следующая страница >>