Способ определения ресурса технического объекта Советский патент 1992 года по МПК G01D21/00 G01R31/04 

сл

С

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки надежности технических объектов, например контактных соединений электрооборудования по параметрическим отказам. Цель изобретения - повышение точности оценки ресурса в реальном масштабе времени. Сущность изобретения: объект циклически подвергают вызывающему деградацию параметров воздействию номинальных эксплуатационных факторов и периодически между циклами измеряют величину определяющего ресурса параметра объекта. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для оценки надежности технических объектов, например, контактных соединений электрооборудования, по параметрическим отказам.

Известен способ определения ресурса технического объекта, заключающийся в том, что определяют зависимость деградации параметров технического объекта от ве- личины и длительности воздействия эксплуатационных факторов, подвергают воздействию фиксированных эксплуатационных факторов и по установленным зависимостям определяют фактический ресурс объекта. Недостатком способа является длительность и трудоемкость определения коэффициентов ускорения испытаний. Поэтому указанный способ применим к объектам, у которых хорошо изучены физические основы процесса деградации структуры от внешних воздействий, например кабельным оболочкам из резины, лампам накаливания и т.п.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ определения ресурса технического объекта, заключающийся в том, что его циклически подвергают вызывающему деградацию параметров эксплуатационному воздействию, периодически между циклами измеряют величину определяющего эксплуатационного свойства параметра объекта и определяют среднюю скорость изменения этого параметра, по которой рассчитывают методом экстраполяции величину ресурса. Однако и этому способу присущ недостаток, заключающийся в необходимости проведения с ложVI VI

О О Ю

ся

ных физических исследований для выявления параметра, линейно характеризующего процесс деградации параметров объекта. Поэтому указанный способ может быть применим к техническим объектам, выполнен- ным из ранее достаточно хорошо исследованных в части деградации структуры материалов, например, к контактным соединениям, изготовленным из традиционно используемых материалов и с использова- нием обычных покрытий. При отсутствии данных о физическом характере процесса деградации, например, для контактных соединений с нестандартными покрытиями, контакт-деталями из новых сплавов и т.п., при испытаниях с форсированными воздействиями падает достоверность прогнозирования.

Цель изобретения - повышение точности оценки ресурса в реальном масштабе времени. Поставленная цель достигается тем, что в способе определения ресурса технического объекта,- заключающемся в циклическом воздействии на объект номинальных эксплуатационных и форсирован- ных факторов и измерении между циклами воздействий определяющего параметра, по которому судят о ресурсе объекта, в качестве определяющего параметра устанавливают приращение величины опреде- ляющего ресурс параметра объекта, во время цикла номинальных эксплуатационных и форсированных воздействий измеряют один и тот же определяющий параметр после каждого цикла этих воздействий до достижения предельного значения определяющего ресурса параметра, а величину ресурса Тр определяют по математическому выражению:

т г z Д(Дфорс+ДГсп) +

Р iдр«п

Дц(ДГп+ХпреД-Х ксп)

№

:сп

где Л ti -длительность 1-го цикла номинальных эксплуатационных воздействий, I

дэксп дфорс Приращение величины определяющего параметра во время 1-го цикла эксплуатационных и форсированных воздействий соответственно;

Хпред. - предельное значение величины определяющего параметра;

Дк|эксп - приращение величины определяющего параметра в конце последнего 1-го цикла номинальных эксплуатационных воздействий.

0 5

0 5 0 5

0

5

0

5

I - число циклов номинальных эксплуатационных воздействий;

Х|Э1ССП- - значение величины определяющего параметра в конце последнего цикла номинальных эксплуатационных воздействий;

Att -длительность последнего (1-го) цикла номинальных эксплуатационных воздействий.

Сущность способа заключается в том, что при циклическом воздействии на объект номинальных и фиксированных факторов и измерении между циклами определяющего параметра, по которому судят о ресурсе объекта, в качестве этого определяющего параметра устанавливают приращение величины определяющего ресурс параметра объекта, во время цикла номинальных эксплуатационных воздействий измеряют один и тот же параметр после каждого цикла этих воздействий до достижения предельного значения определяющего ресурс параметра, а величину ресурса Тр определяют по приведенному выше математическому выражению.

На чертеже изображен пример изменения зависимости величины определяющего ресурс параметра от времени испытаний для случая с форсированным воздействием эксплуатационных факторов (кривая Б) и без форсированного воздействия (кривая А) от времени испытаний.

Способ реализуется следующим образом.

Измеряют начальную величину определяющего ресурс параметра технического объекта, например, переходное сопротивление контактного соединения (точка }, под- вергают этот объект циклическому воздействию номинальных и форсированных факторов, а именно, воздействию номинальных эксплуатационных факторов (в случае выбранного примера - воздействию номинальной токовой нагрузки при нормальных условиях окружающей среды) и после заданного промежутка времени фиксируют величину определяющего ресурс параметра (точка 2), затем режим формируют (например, путем повышения токовых нагрузок в условиях повышенной температуры и влажности окружающей среды), Между циклами измеряют приращение величины определяющего параметра (точка 3). В нормальных условиях эксплуатации эта величина - точка 3 на кривой А была бы достигнута за больший промежуток времени. Приращение величины - разница по оси абсцисс между точками 3 и 3 есть выигрыш во времени испытаний за первый цикл, Затем этот же параметр измеряют после каждого цикла воздействий номинальных и форсированных факторов. Так следующий цикл начинается с точки 3 и заканчивается точкой 5 (соответствующей точке 5 на кривой А). Далее, соответственно 1-й цикл, точки 5-7, следующий цикл точки 7-9 и, наконец, последний, в общем случае неполный 1-й цикл, отмеченный точками 9-11. Длительность цикла испытаний соответствует абсциссе точки 10, величина ресурса - абсциссе точки 11. Как видно из графика, реальная кривая А и полученная при ускоренных испытаниях кривая Б, характеризующие изменение величины определяющего ресурс параметра в зависимости от времени, содержат параллельные участки, характеризующие процесс воздействия номинальных факторов - участки 1-2 (общий для обеих кривых), 3-4 и 3 - 4, 5-6 и 5 - 6, 9-10 и 9 - 10. Аппроксимация промежуточных участков показана на 1-том цикле отрезком 6-7, являющимся продолжением отрезка 5-6 и с определенной точностью аппроксимирующий участок 6 - 7 зависимостью.Суммируя величины расхода ресурса tip по всем 1-м циклам, до достижения предельного значения, определяющего ресурс параметра, получаем величину ресурса технического объекта в целом. На последнем цикле, в общем случае предельная величина определяющего ресурс параметра ограничивает длительность испытания и расход ресурса определяется экстраполяцией отрезка 9-10 до пересечения с линией, характеризующей предельное значение определяющего параметра, при котором ресурс технического объекта считается исчерпанным, например, полуторное увеличение переходного сопротивления контактного соединения. Это выражается зависимостью

At|( Arn+XnpeA-XfKCn)

ЛГП

Величина ресурса технического объекта представляется суммой расчетных величин расхода ресурса по l-м циклам и по последнему l-му циклу

Тр 2 tip + tip i

Пример. Оценивали ресурс контактных соединений размером 40x4 мм медных шин с металлопокрытием рабочих поверхностей. В качестве параметра, определяющего ресурс соединений, выбрали электрическое сопротивление. После сборки электрическое сопротивление соединений составило 5,5 мкОм. После воздействия номинальным для данных соединений током 400 А до установившейся температуры

и остывания до температуры окружающей среды (20 ± 10)°С электрическое сопротивление составило 5,56 мкОм. Затем подвергали контактные соединения воздействию тока, превосходящего номинальный в 3 - 4

0 раза, при температуре окружающей среды 60°С. После остывания соединений до температуры (20 ± 10)°С вновь измеряли электрическое сопротивление, оно составило 5.68 мкОМ. Далее циклы повторяли каждый

5 раз измеряя электрическое сопротивление. Всего проведено 5 циклов. Аппроксимацию проводили графически. Величина ресурса, определенная по выведенной формуле составила 41000 ч. Данные об аналогичных

0 соединениях, находящихся длительное время в эксплуатации, показывают, что их ресурс составляет 40000 - 45000 ч. Таким образом подтверждено достижение поставленной цели изобретения.

5Использование предлагаемого способа

применительно к контактным соединениям по сравнению с известными способами повышает достоверность прогнозирования за счет ускорения испытаний форсированны0 ми воздействиями. Кроме того, появляется техническая возможность технически рационально организовать эксплуатацию контактных соединений электрооборудования, что приводит к экономии материальных и

5 финансовых средств.

Формула изобретения Способ определения ресурса технического объекта, заключающийся в циклическом воздействии на объект номинальных

0 эксплуатационных и форсированных факторов и измерении между циклами воздействий Определяющего параметра, по которому судят о ресурсе объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения

5 точности оценки ресурса в реальном масштабе времени, в качестве определяющего параметра устанавливают приращение величины определяющего ресурс параметра объекта во время цикла номинальных экс0 плуатационных и формированных воздействий, измеряют один и тот же определяющий параметр после каждого цикла этих воздействий до достижения предельного значения определяющего ресурс параметра, а вели5 чину ресурса Тр определяют по математическому выражению

Д1.(Дфорс4.Д3ксп)

дэксп

TP-CZ.

1

+

Дц(ХГсп+Хпред-ДаГ)

кспл

АКТ XT

где Л ti - длительность 1-го цикла номинальных эксплуатационных воздействий;

Д|экспл., - приращение величины определяющего параметра во время 1-го цикла эксплуатационных и форсированных воздействий соответственно;

Хпред - предельное значение величины определяющего параметра;

Ак1эксп. - приращение величины определяющего параметра в конце 1-го цикла номинальных эксплуатационных воздействий;

I - число циклов номинальных эксплуатационных воздействий;

Ati - длительность последнего (1-го) цикла номинальных эксплуатационных воздействий;

Х(экспл. значение величины определяющего параметра в конце последнего цикла номинальных эксплуатационных воздействий.