Способ оценки электроэрозионной износостойкости материалов для электрических контактов

Изобретение относится к области надежности технических систем и может быть использовано при оценке ресурса электроконтактных материалов при сравнительных испытаниях в условиях электроэрозионного изнашивания. Технический результат изобретения: сокращение времени испытаний для оценки ресурса материалов. Сущность: устанавливают значения коэффициента ускорения, проводят испытания образцов в форсированном режиме, в котором для форсирования испытаний через контакт за одну коммутацию пропускают электрический заряд больший по величине, чем величина электрического заряда при нормальном режиме, фиксируют наработки, пересчитывают наработки в форсированном режиме на условия нормального режима, обрабатывают результаты испытаний, по итогам обработки оценивают ресурс испытываемого материала. При этом задают моменты цензурирования в нормальном Т_н и форсированном Т_ф режимах, устанавливают ориентировочное значение коэффициента ускорения k=Т_н/Т_ф, делают две выборки образцов из партии, испытывают образцы из первой выборки в нормальном режиме до отказа или до момента цензурирования Т_н, фиксируют наработку t_н, затем принимают моменты переключения Т_сф форсированного режима в нормальный режим и завершения испытаний Т_сн в ступенчатом режиме, испытывают образцы из второй выборки в ступенчатом режиме, включающем форсированный режим испытаний до отказа или до момента Т_сф с дальнейшим переключением в случае отсутствия отказа в нормальный режим испытаний до отказа или до момента Т_сн, фиксируют наработки на каждой ступени t_сф и t_сн, проводят пересчет наработки в ступенчатом режиме на условия нормального режима. Рассчитывают вероятности безотказной работы в нормальном Р_н(t) и ступенчатом P_c(t) режимах, проводят уточнение значения коэффициента ускорения k_y, после чего испытывают оставшиеся образцы из партии в форсированном режиме до отказа или до момента цензурирования Т_ф, фиксируют наработку t_ф, проводят пересчет наработки на условия нормального режима, рассчитывают вероятность безотказной работы P(t), определяют параметры распределения Вейбулла t₀ и с, далее оценивают ресурс m исследуемого материала, рассчитываемого как математическое ожидание наработки до отказа по формуле m=t₀·Г(1+1/с), где Г(1+1/с) - гамма-функция. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области надежности технических систем и может быть использовано при оценке ресурса электроконтактных материалов при сравнительных испытаниях в условиях электроэрозионного изнашивания.

Известен способ ускоренной оценки износостойкости с периодическим форсированием режима (ГОСТ 23.205-79. Обеспечение износостойкости изделий. Ускоренные ресурсные испытания с периодическим форсированием режима. - М.: Изд. Стандартов, 1979. - 10 с.), включающий проведение испытаний образца на приработочной ступени, продолжение испытаний при последовательном ступенчатом чередовании нормального и форсированного режимов, контроль достижения необходимого значения износа на каждой ступени, замер износа и фиксирование наработки на каждой ступени, пересчет наработки на интервалах форсирования на условия нормального режима, обработку результатов испытаний, по итогам которой оценивают ресурс испытываемого образца, повторение испытаний на других образцах, обработку результатов испытаний, по итогам которой оценивают ресурс изделия.

Недостатками данного способа являются:

- невозможность его применения для конкретного вида электроэрозионного изнашивания (не определены условия и режимы форсирования);

- необходимость контроля износа или наработки в каждом режиме испытаний.

Задачей изобретения является обеспечение возможности применения ускоренного способа оценки износостойкости электроконтактных материалов при сравнительных испытаниях в условиях электроэрозионного изнашивания.

Технический результат достигается тем, что через контакт за одну коммутацию пропускают электрический заряд больший по величине, чем электрический заряд при нормальном режиме, что дает возможность сократить продолжительность сравнительных испытаний электроконтактного материала на электроэрозионную износостойкость.

Поставленная задача достигается тем, что по способу оценки электроэрозионной износостойкости материалов для электрических контактов проводят испытания образцов в нормальном, ступенчатом и форсированном режимах, фиксируют наработки, пересчитывают наработки в форсированном режиме на условия нормального режима, обрабатывают результаты испытаний и по итогам оценивают ресурс испытываемого материала, при этом проводят установление значения коэффициента ускорения, проведение испытаний образцов в форсированном режиме, фиксирование наработки, пересчет наработок в форсированном режиме на условия нормального режима, обработку результатов испытаний, по итогам которой оценивают ресурс испытываемого материала, согласно изобретению принимают моменты цензурирования в нормальном Т_н и форсированном Т_ф режимах, устанавливают ориентировочное значение коэффициента ускорения k=Т_н/Т_ф, делают две выборки образцов из партии, испытывают образцы из первой выборки в нормальном режиме до отказа или до момента цензурирования Т_н, фиксируют наработку t_н, затем принимают моменты переключения Т_сф форсированного режима в нормальный режим и завершения испытаний Т_сн в ступенчатом режиме, испытывают образцы из второй выборки в ступенчатом режиме, включающем форсированный режим испытаний до отказа или до момента Т_сф с дальнейшим переключением в случае отсутствия отказа в нормальный режим испытаний до отказа или до момента Т_сн, фиксируют наработки на каждой ступени t_сф и t_сн, проводят пересчет наработки в ступенчатом режиме на условия нормального режима, далее рассчитывают вероятности безотказной работы в нормальном Р_н(t) и ступенчатом P_c(t) режимах, проводят уточнение значения коэффициента ускорения k_у, после чего испытывают оставшиеся образцы из партии в форсированном режиме до отказа или до момента цензурирования Т_ф, фиксируют наработку t_ф, проводят пересчет наработки на условия нормального режима, рассчитывают вероятность безотказной работы P(t), определяют параметры распределения Вейбулла t₀ и с, далее оценивают ресурс m исследуемого материала, рассчитываемого как математическое ожидание наработки до отказа по формуле

m=t₀·Г(1+1/с),

где Г(1+1/с) - гамма-функция.

Способ реализует следующую последовательность операций оценки ресурса исследуемого электроконтактного материала. Принимают моменты цензурирования (значения максимальных наработок) в нормальном Т_н и форсированном Т_ф режимах на основании предварительных исследований, знании физики отказов и т.п. Устанавливают ориентировочное значение коэффициента ускорения

k=Т_н/Т_ф.

Делают две выборки образцов из партии. Испытывают образцы из первой выборки в нормальном режиме до отказа или до момента цензурирования Т_н, фиксируют наработку t_н.

Затем принимают моменты переключения Т_сф форсированного режима в нормальный режим и завершения испытаний Т_сн в ступенчатом режиме

Т_сф=α·Т_ф

Т_сн=Т_н-k·Т_сф,

где α - случайное число из интервала [0,1]. Испытывают образцы из второй выборки в ступенчатом режиме, включающем форсированный режим испытаний до отказа или до момента Т_сф с дальнейшим переключением в случае отсутствия отказа в нормальный режим испытаний до отказа или до момента Т_сн, фиксируют наработки на каждой ступени t_ф и t_н, проводят пересчет наработки в ступенчатом режиме на условия нормального режима

t_с=k·t_ф+t_н.

Далее рассчитывают вероятности безотказной работы в нормальном P_н(t) и ступенчатом P_c(t) режимах по общей формуле

где N - число испытаний, N_отк - число отказов, наступивших ранее некоторого момента t. Проводят уточнение значения коэффициента ускорения k_у на основании наилучшей сходимости функций распределений вероятностей в нормальном P_н(t) и ступенчатом P_c(t) режимах.

После чего испытывают оставшиеся образцы из партии в форсированном режиме до отказа или до момента цензурирования Т_ф, фиксируют наработку t_ф, проводят пересчет наработки на условия нормального режима

t_н=k_у·t_ф

Рассчитывают вероятность безотказной работы P(t) по формуле (1), определяют параметры распределения Вейбулла t₀ и с согласно выражению

P(t)=exp[-(t/t₀)^c]

Далее оценивают ресурс m исследуемого материала, рассчитываемого как математическое ожидание наработки до отказа по формуле

m=t₀·Г(1+1/с),

где Г(1+1/с) - гамма-функция.

Пример реализации способа.

Способ поясняется на примере ускоренной оценки ресурса электроконтактного материала медь-хром. Частота коммутаций равна ν=1 Гц, т.е. 60 коммутаций в минуту. Принимают моменты цензурирования в нормальном Т_н=120 мин и форсированном Т_ф=5 мин режимах на основании предварительных экспериментов и знании физики отказов, устанавливают ориентировочное значение коэффициента ускорения

k=Т_н/Т_ф=24.

Из партии образцов делают две выборки по N=15 образцов в каждой. Испытывают образцы из первой выборки в нормальном режиме до отказа или до момента цензурирования Т_н=120 мин. При этом отказывают 10 образцов со следующими наработками t_н: 95; 115; 105; 11; 35; 15; 40; 25; 65; 20 мин.

Затем принимают моменты переключения Т_сф форсированного режима в нормальный режим и завершения испытаний Т_сн в ступенчатом режиме

Т_сф=α·Т_ф=α·5 мин,

Т_сн=Т_н-k·T_сф=120-24·Т_сф мин,

где α - 15 случайных чисел, равномерно распределенных в интервале [0,1]. Испытывают образцы из второй выборки в ступенчатом режиме, включающем форсированный режим испытаний до отказа или до момента Т_сф с дальнейшим переключением в случае отсутствия отказа в нормальный режим испытаний до отказа или до момента Т_сн. Фиксируют наработки на каждой ступени t_ф и t_н, проводят пересчет наработки в ступенчатом режиме на условия нормального режима

t_с=24·t_ф+t_н.

При этом отказывают 13 образцов. Результаты испытаний в ступенчатом режиме приведены в таблице.

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
tф мин	2,75	0,10	0,80	3,67	2,45	2,30	0,40	1,80	1,00	1,75	1,42	0,72	2,12
tн мин	0,32	38,83	19,42	0	0	0	28,03	63,00	0	0	0	0	0
tc мин	66,32	36,23	38,62	88,08	58,80	55,20	37,63	106,20	24,00	42,00	34,08	17,28	50,88

Далее рассчитывают вероятности безотказной работы в нормальном P_н(t) и ступенчатом P_c(t) режимах по общей формуле

P(t)=1-N_отк/N,

где N=15 - число испытаний, N_отк - число отказов, наступивших ранее моментов t: 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120 мин.

Далее уточняют значение коэффициента ускорения k_у. Методом перебора определяют значение k_у, которому соответствует наилучшая сходимость функций распределения вероятности безотказной работы в нормальном Р_н(t) и ступенчатом P_c(t) режимах. Сходимость оценивают с помощью статистических критериев согласия (например, по критерию Колмогорова). Уточненное значение коэффициента ускорения k_у=20.

Оставшиеся образцы (30 штук) из партии испытывают в форсированном режиме до отказа или момента цензурирования Т_ф=5 мин, фиксируют наработку t_ф, пересчитывают величину наработки на условия нормального режима t_н=20·t_ф. При этом отказывают 27 образцов со следующими наработками t_н: 104,0; 78,0; 84,5; 32,5; 39,0; 26,0; 58,5; 59,8; 26,0; 117,0; 65,0; 110,5; 117,0; 106,6; 13,0; 52,0; 39,0; 58,5; 45,5; 58,5; 39,0; 32,5; 85,8; 4,4; 65,0; 85,8; 32,5 мин.

Рассчитывают вероятность безотказной работы P(t) по формуле (1). Согласно выражению

P(t)=ехр[-(t/t₀)^c],

определяют параметры распределения Вейбулла t₀=60 и с=0,95. Для этого используют, например, пакет прикладных программ Statistica 6.0. Оценивают ресурс m материала медь-хром

m=t₀·Г(1+1/с)=61,1 мин,

с учетом частоты коммутаций ν=60 коммутаций в минуту

m=3666 циклов.

Данный способ может найти применение при разработке и сравнительных испытаниях на надежность образцов или полуфабрикатов новых или серийных электроконтактных материалов.

С помощью этого способа можно проводить ускоренную оценку ресурса композиционных электроконтактных материалов в зависимости от содержания компонентов.

1. Способ оценки электроэрозионной износостойкости материалов для электрических контактов, включающий проведение испытаний образцов в нормальном, ступенчатом и форсированном режимах, фиксирование наработки, пересчет наработки в форсированном режиме на условия нормального режима, обработку результатов испытаний, по итогам которой оценивают ресурс испытываемого материала, отличающийся тем, что проводят испытания образцов пропусканием через контакт электрического заряда, причем из партии образцов делают выборки, испытание одной выборки образцов из партии проводят в нормальном режиме до отказа или до момента цензурирования Т_н и фиксируют наработку t_н, другой выборки - в ступенчатом режиме, после чего определяют значение коэффициента ускорения k_y, затем проводят испытания оставшихся образцов из партии в форсированном режиме до отказа или до момента цензурирования Т_ф и фиксируют наработку t_н, далее пересчитывают наработки в форсированном режиме на условия нормального режима с учетом определенного ранее коэффициента ускорения k_y, обработку результатов испытаний осуществляют путем расчета вероятности безотказной работы P(t) и определения параметров распределения Вейбулла t₀ и с, после чего оценивают ресурс m исследуемого материала как математическое ожидание наработки до отказа по формуле

m=t₀·Г(1+1/c),

где Г(1+1/с) - гамма-функция.

2. Способ оценки электроэрозионной износостойкости материалов для электрических контактов по п.1, отличающийся тем, что через контакт за одну коммутацию в форсированном режиме испытаний пропускают электрический заряд больший по величине, чем величина электрического заряда в нормальном режиме.

3. Способ оценки электроэрозионной износостойкости материалов для электрических контактов по п.1, отличающийся тем, что испытания в ступенчатом режиме проводят по следующей программе: задают ориентировочное значение коэффициента ускорения k, испытывают образцы в форсированном режиме испытаний до отказа или до момента переключения Т_сф форсированного режима в нормальный режим, в случае отсутствия отказа испытание продолжают в нормальном режиме до отказа или до момента завершения испытаний Т_сн, фиксируют наработки на каждой ступени t_сф и t_сн, проводят пересчет наработки в ступенчатом режиме на условия нормального режима с учетом ориентировочного значения коэффициента ускорения k.