УДК 921.01

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 3.Отраслевое машиностроение

Ефремов Л. В., Кумова Ж. В.

Мурманский Государственный Технический Университет

УСКОРЕННЫЕ РЕСУРСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

В этой статье приведена информация о методике прогнозирования сроков службы средств измерений (СИ) путем организации и проведения ускоренных ресурсных испытаний. Они могут быть использованы для обоснования интервалов между поверками (МПИ) или оценки срока службы СИ.

Разработанные алгоритмы и программы соответствуют требованиям РД [1] и базируются на методологи вероятностной оценки надежности СИ [2], которая имеет рад особенностей по сравнению с другими видами техники. Первая особенность состоит в том, что основным диагностическим или выходным параметром здесь является погрешность i – го измерения D_i как разность результата измерений и опорной (эталонной) величины по формуле

Вторая особенность связана с критерием Z_н, названным запасом метрологической надёжности ЗМН [2], который является квантилем нормального распределения вероятности g недостижения предела погрешности D_Пр, который зависит от случайной D_Сл и систематической D_СП погрешности.

(1)

Для обеспечения надежной работы в период между поверками предусмотрено два уровня ЗМН. Верхний уровень ЗМН Z_ву характеризует исправное состояние СИ при нулевой (или почти нулевой) систематической погрешности и допуске его к работе после поверки. Нижний уровень ЗМН Z_ну введен для возможности допустимого увеличения систематической погрешности прибора за межповерочный интервал эксплуатации.

Третья особенность состоит в том, что обычно деградация состояния СИ проявляется в изменении систематической погрешности. Поэтому срок службы удобно прогнозировать по допустимой систематической погрешности D_дс, которая соответствует достижению нижнего уровня ЗМН с вероятностью g.

(2)

Тогда основная задача ускоренных ресурсных испытаний состоит в определении гамма – процентного ресурса или срока службы T(g),

РД [1] предлагает несколько методов ускоренных испытаний с целью оценки коэффициента ускорения, как отношение математических ожиданий продолжительности нормальных и ускоренных испытаний.

Различают ускоренные испытания в нормальном и форсированном режимах. Экстраполяцию по наработке осуществляют на основе модели отказов, параметры которой оценивают по результатам усеченных испытаний. Различают модели отказов, основанные на изучении закономерности изменения выходных параметров (параметрическая модель) и статистики отказов изделия (цензурированная модель).

В этой статье сущность ускоренных испытаний показана на примере параметрической модели тренда систематической погрешности штангенциркуля (ШЦ) по причине изнашивания пары трения каретки и кромок губок. Эти явление возникают при перемещении каретки и соприкосновения кромок с поверхностью эталона (концевой меры). Для сокращения продолжительности испытаний опытный штангенциркуль (ЩЦ) помещается в специальный стенд (см. рисунок 1).

Он оснащен центробежным возбудителем колебаний на амортизаторах, позволяющий создавать возвратно поступление перемещение каретки с частотой Nст = 60 цикл/мин и силой 20 Н.

Рисунок 1

Стенд для ускоренных ресурсных испытаний штангенциркуля. 1 – станина, 2 – штангенциркуль, 3 – центробежный возбудитель, 4 – водило, 5 – упругие элементы, 6 – эталон.

Если принять среднестатистическую частоту использования ШЦ на производстве, равной Nст = 20 цикл/календ. сутки = 0.014 цикл/мин, то коэффициент ускорения испытаний составит . Используя результат расчета гамма – процентного ресурса, полученное на стенде в циклах, путем деления его величины на (365 Nст) получим срок службы в годах.

Условный пример проведения испытаний. Наработка прибора при испытаниях учитывается в циклах. В течение рабочего времени за пять недель испытаний планируется совершить около 450000 циклов. Через каждые 90000 циклов (один раз в неделю) выполняются трехкратные измерения погрешности, которые заносятся в таблицу протокола испытаний с последовательным построением корреляционного графика (см. рис. 2). Затем вычисляются постоянные уравнения регрессии с учетом границ тренда при заданном ЗМН (например, Z_ну =2, что соответствует вероятности g = 0.977 ). Это позволяет оценить гамма – процентный ресурс по методике [2] и допустимую систематическую погрешность D_дс (формула 2). В данном примере параметр D_дс составил 0.0145 мм, а 97.7 – процентный ресурс - 230000 циклов, что соответствует искомому сроку службы, равному более 31 года.

Рисунок 2

Результаты ускоренных ресурсных испытаний штангенциркуля. 1, 2, 3 и 4 – опытные тоски и средняя, верхняя и нижняя линии тренда, 5 – линия ЗМН, 6 и 7 – уровни D_Пр и D_дс, координаты среднего и гамм-процентного ресурса

Можно сделать заключение, что проводить поверки ЩЦ по причине его износа в течении срока службы (30 лет) в принципе не требуется. Однако, ввиду возможных внезапных повреждений в эксплуатации необходимо периодическое ТО инструмента с контролем его состояния (например, МПИ с периодичностью 1 год, согласно инструкции по эксплуатации). Тем самым будет обеспечена 100 – процентная надежность изделия.

1. РД 50-424-83 Надежность в технике. Ускоренные испытания. Основные положения. Москва, Издательство стандартов. 1984

2. Ефремов Л.В. Вероятностная оценка метрологической надежности средств измерений: алгоритмы и программы. — СПб.: Нестор-История, 2011. — 200 с.