СПОСОБ КАЛИБРОВКИ В ЦИКЛИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ НАГРУЖЕНИЯ МАШИН ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА УСТАЛОСТЬ Российский патент 2008 года по МПК G01L25/00 

Изобретение относится к области метрологического контроля. Преимущественная область применения: метрологический контроль канала силы машин для испытаний на усталость в циклическом режиме.

На данный момент существует способ поверки машин такого типа, регламентируемый ГОСТ 8.425-81. Он предполагает использование образцового динамометра переменных сил типа ДОЖ, который устанавливается на машину, предварительно нагружают его статической нагрузкой и запускают циклическую работу машины. В результате поверки определяют следующие основные метрологические характеристики:

случайную составляющую погрешность измерения динамической нагрузки по следующей формуле:

где P_max,i и P_min,i - соответственно максимальное и минимальное показания силоизмерителя машины при i-й серии испытаний,

Р_Д - действительное значение динамической нагрузки;

систематическую составляющую погрешности измерения динамической нагрузки Δ_c по формуле:

где - среднее арифметическое пяти показаний силоизмерителя машины;

погрешность поддержания амплитуды динамической нагрузки σ_п по формуле:

где Р_i - i-е показание силоизмерителя машины.

Основным недостатком этого способа является его частность, т.к. он разрабатывался под конкретное образцовое средство поверки - образцовый динамометр переменных сил типа ДОЖ. Данная методика применима только для знакопостоянных нагрузок и при предварительном нагружении динамометра статической нагрузкой, т.е. отсутствует возможность проведения поверки с переходом через нуль нагрузки. При данном способе также имеют место значительные погрешности установки. Кроме того, формула 1 является отношением размаха показаний к действительному значению динамической нагрузки в процентах и больше напоминает формулу расчета относительной погрешности воспроизводимости нагрузки , тем более если учитывать, что при N→∞, где N - число измерений. Общеизвестно, что случайная составляющая погрешности измерения вычисляется как отклонения результатов измерения от истинного значения измеряемой величины. Практически рассматривают отклонения результатов измерения от среднего арифметического из ряда измерений Р_i, т.е.

.

Основной недостаток формулы 2 заключается в том, что сама по себе эта формула не позволяет нам удостовериться в стабильности силоизмерителя и удовлетворительной управляемости машины. К примеру, даже при поддержании постоянной амплитуды динамических колебаний показания силоизмерителя могут розниться в большом диапазоне, в то время как их среднее значение будет близко к действительному.

В формуле 3 среднее квадратическое отклонение относится к Р_i, в то время как более логично отнесение к контролируемому параметру, т.е. к заданному значению нагрузки в этой точке. Кроме того, среднее квадратическое отклонение дает нам оценку рассеяния единичных результатов измерений в ряду измерений около среднего их значения, что так же как и в случае с формулой 2 сглаживает резкие выпады величины из ряда измерений.

Таким образом, была поставлена задача разработки универсального способа калибровки машин для испытаний на усталость в циклическом режиме нагружения, лишенного всех выше описанных недостатков.

Поставленная задача решается предлагаемым способом калибровки, который не привязан к конкретному средству измерения, позволяет проводить поверку при знакопеременном нагружении и при обработке результатов рассчитываются предел допускаемой погрешности машины при измерении нагрузки и предел допускаемой погрешности машины при поддержании нагрузки в каждом цикле нагружения.

Сущность изобретения состоит в том, что калибровка проводится динамометром используемом в качестве нуль-индикатора, т.е. после установки динамометра в испытательную машину он калибруется в статическом режиме по показаниям датчика силы машины, после чего без переустановки динамометра запускается циклический режим работы, и датчик силы машины калибруется по показаниям динамометра. Перед проведением такого рода калибровки машина должна быть поверена в статическом режиме работы. При таком способе значительно улучшаются условия калибровки: все измерения производят в течение короткого промежутка времени и при постоянной установке динамометра. Погрешности установки и временные в значительной мере устраняются. Калибровка может быть проведена при знакопеременном нагружении с любым коэффициентом ассиметрии цикла, что позволяет конфигурировать машину максимально приближенно к реальным испытаниям.

В результате калибровки вычисляется предел допускаемой погрешности машины при измерении нагрузки с помощью формулы:

где P_i - i-e значение впадины или пика суммарной нагрузки, измеренной датчиком силы машины;

Р_di - i-e действительное значение впадины или пика суммарной нагрузки.

Предел допускаемой погрешности машины при поддержании нагрузки рекомендуется вычислять по следующей формуле:

где P_max и P_min - наибольшее и наименьшее значения пика или впадины суммарной нагрузки в серии измерений;

P_R - заданное (контролируемое) значение пика или впадины.

Определение предела допускаемой погрешности машины при измерении нагрузки по формуле 4, в отличие от способа по ГОСТ 8.425-81, позволяет оценить значения погрешности в каждой измеренной точке, а формула 5 - удостовериться в стабильности силоизмерителя и управляемости машины от измерения к измерению.

Заявляемый способ калибровки машин для испытаний на усталость в циклическом режиме нагружения осуществляется следующим образом. Динамометр устанавливается на машину и закрепляется в захватах таким образом, чтобы исключить проскальзывание. После чего производится тренировочное нагружение динамометра три раза до максимального значения суммарной нагрузки плюс 5%. Затем машина разгружается и обнуляются показания датчика силы машины и динамометра. Динамометр градуируется по показаниям датчика силы машины в статическом режиме.

После этого, не переставляя динамометр, машину переводят в режим циклического нагружения на нужной частоте. После достижения стабильности системы производят измерение не менее 20 пиков и впадин суммарной нагрузки на датчике силы и динамометре. Показания датчика силы и динамометра заносятся в протокол. Затем вычисляют предел допускаемой погрешности машины при измерении нагрузки и предел допускаемой погрешности машины при поддержании нагрузки с помощью формул 4 и 5 соответственно.

Пример выполнения калибровки приведен в Приложении А.

Приложение АПРОТОКОЛ № калибровки в циклическом режиме нагружениядата11.07.2006время10:30температура в помещении20тип калибруемого изделияУРС-20диапазон измеренияот 200 кН до -200 кНкалибруемый диапазонот 200 кН до -200 кНчастота100 Гцзакон нагруженияsinкалибровка проводится на соответствиеГОСТ 28841-90№ циклаПогрешность пика суммарной нагрузкиПогрешность впадины суммарной нагрузкиПрошел/не прошелPi, кНPdi, кНАбсолют. значение погрешн., кНОтносит. значение погрешн. %Pi, кНPdi, кНАбсолют. значение погрешн., кНОтносит. значение погрешн. %1200196,5463,4541,757-200-198,8551,1450,576Прошел2200197,0152,9851,515-200-198,5211,4790,745Прошел3200197,2022,7981,419-200-198,7581,2420,625Прошел4200196,8963,1041,576-200-199,0250,9750,490Прошел5200196,7513,2491,651-200-198,2691,7310,873Прошел6200196,9583,0421,544-200-199,1020,8980,451Прошел7200197,2122,7881,414-200-199,020,980,492Прошел8200196,6893,3111,683-200-198,7511,2490,628Прошел9200197,0252,9751,510-200-198,6281,3720,691Прошел10200197,1032,8971,470-200-198,9581,0420,524Прошел11200196,9633,0371,542-200-198,6741,3260,667Прошел12200197,0332,9671,506-200-198,8991,1010,554Прошел13200196,7893,2111,632-200-198,3121,6880,851Прошел14200196,8213,1791,615-200-199,0580,9420,473Прошел15200197,022,981,513-200-198,6511,3490,679Прошел16200197,1852,8151,428-200-198,5681,4320,721Прошел17200197,0552,9451,495-200-198,7331,2670,638Прошел18200196,9033,0971,573-200-198,6531,3470,678Прошел19200196,963,041,543-200-198,8121,1880,598Прошел20200196,8233,1771,614-200-198,9651,0350,520ПрошелПредел допускаемой погрешности машины при поддержании пика нагрузки σ_П=0,328 прошел
Предел допускаемой погрешности машины при поддержании впадины нагрузки σ_П=0,416 прошел

Изобретение относится к области метрологического контроля. Сущность: осуществляют внешний осмотр, опробование, определение метрологических параметров, обработку результатов. Калибровку проводят динамометром, используемым в качестве нуль-индикатора, при этом сравнивают показания силоизмерителя машины при циклических нагрузках с показаниями при таких же статических нагрузках на той же машине. Калибровку проводят при знакопеременном нагружении с любым коэффициентом асимметрии цикла, что позволяет конфигурировать машину максимально приближенно к реальным испытаниям, по результатам полученных данных при калибровке вычисляют предел допускаемой погрешности машины при измерении нагрузки по формуле. Технический результат: повышение точности испытания. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ калибровки в циклическом режиме нагружения машин для испытания на усталость, включающий внешний осмотр, опробование, определение метрологических параметров, обработку результатов, отличающийся тем, что калибровку проводят динамометром, используемым в качестве нуль-индикатора, при этом сравнивают показания силоизмерителя машины при циклических нагрузках с показаниями при таких же статических нагрузках на той же машине, причем калибровку проводят при знакопеременном нагружении с любым коэффициентом асимметрии цикла, что позволяет конфигурировать машину максимально приближенно к реальным испытаниям, по результатам полученных данных при калибровке вычисляют предел допускаемой погрешности машины при измерении нагрузки по формуле

где P_i - i-e значение впадины или пика суммарной нагрузки, измеренной датчиком силы машины;

P_di - i-e действительное значение впадины или пика суммарной нагрузки,

и предел допускаемой погрешности машины при поддержании нагрузки, по формуле

где Р_max и P_min - наибольшее и наименьшее значение пика или впадины суммарной нагрузки в серии измерений;

P_R - заданное (контролируемое) значение пика или впадины.