способ калибровки в циклическом режиме нагружения машин для испытания на усталость

Формула изобретения

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.

2. Способ калибровки по п.1, отличающийся тем, что после градуировки динамометра калибровку машины проводят, не переставляя динамометр, т.е. при его постоянной установке, что в значительной мере устраняет погрешности установки.

3. Способ калибровки по п.1 или 2, отличающийся тем, что вычисление пределов допускаемых погрешностей проводится для каждого цикла отдельно.

Описание изобретения к патенту

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 _c по формуле:

где - среднее арифметическое пяти показаний силоизмерителя машины;

погрешность поддержания амплитуды динамической нагрузки _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 А
ПРОТОКОЛ № калибровки в циклическом режиме нагружения
дата							11.07.2006
время							10:30
температура в помещении							20
тип калибруемого изделия							УРС-20
диапазон измерения							от 200 кН до -200 кН
калибруемый диапазон							от 200 кН до -200 кН
частота							100 Гц
закон нагружения							sin
калибровка проводится на соответствие							ГОСТ 28841-90
№ цикла	Погрешность пика суммарной нагрузки				Погрешность впадины суммарной нагрузки					Прошел/не прошел
	Pi, кН	Pdi, кН	Абсолют. значение погрешн., кН	Относит. значение погрешн. %	Pi, кН	Pdi, кН		Абсолют. значение погрешн., кН	Относит. значение погрешн. %
1	200	196,546	3,454	1,757	-200	-198,855		1,145	0,576	Прошел
2	200	197,015	2,985	1,515	-200	-198,521		1,479	0,745	Прошел
3	200	197,202	2,798	1,419	-200	-198,758		1,242	0,625	Прошел
4	200	196,896	3,104	1,576	-200	-199,025		0,975	0,490	Прошел
5	200	196,751	3,249	1,651	-200	-198,269		1,731	0,873	Прошел
6	200	196,958	3,042	1,544	-200	-199,102		0,898	0,451	Прошел
7	200	197,212	2,788	1,414	-200	-199,02		0,98	0,492	Прошел
8	200	196,689	3,311	1,683	-200	-198,751		1,249	0,628	Прошел
9	200	197,025	2,975	1,510	-200	-198,628		1,372	0,691	Прошел
10	200	197,103	2,897	1,470	-200	-198,958		1,042	0,524	Прошел
11	200	196,963	3,037	1,542	-200	-198,674		1,326	0,667	Прошел
12	200	197,033	2,967	1,506	-200	-198,899		1,101	0,554	Прошел
13	200	196,789	3,211	1,632	-200	-198,312		1,688	0,851	Прошел
14	200	196,821	3,179	1,615	-200	-199,058		0,942	0,473	Прошел
15	200	197,02	2,98	1,513	-200	-198,651		1,349	0,679	Прошел
16	200	197,185	2,815	1,428	-200	-198,568		1,432	0,721	Прошел
17	200	197,055	2,945	1,495	-200	-198,733		1,267	0,638	Прошел
18	200	196,903	3,097	1,573	-200	-198,653		1,347	0,678	Прошел
19	200	196,96	3,04	1,543	-200	-198,812		1,188	0,598	Прошел
20	200	196,823	3,177	1,614	-200	-198,965		1,035	0,520	Прошел
Предел допускаемой погрешности машины при поддержании пика нагрузки П=0,328 прошел Предел допускаемой погрешности машины при поддержании впадины нагрузки П=0,416 прошел