Metrological support for tests of experimental gearboxes for buses

Abstract

The authors consider the results of the study of manual gearbox for buses in order to determine the time shift. Based on the test results, it was decided to recommend the tested gearbox for use on city and intercity buses.

Full Text

Этап испытаний любого вновь создаваемого технического изделия является одним из важнейших для всего его жизненного цикла. Только в результате экспериментальных исследований могут быть определены фактические значения параметров изделия. Полученные значения характеристик должны быть качественными и обладать требуемой достоверностью при заданной вероятности. Это может быть достигнуто только при соответствующем метрологическом обеспечении испытаний. Под термином "метрологическое обеспечение" традиционно понимается комплекс мероприятий по установлению и применению научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений [1]. Исходя из этого определения, под метрологическим обеспечением испытаний следует понимать комплекс мероприятий по установлению и применению в процессе испытаний научных и организационных основ, соответствующего испытательного и вспомогательного оборудования, необходимых средств и методик выполнения измерений, требуемых для достижения единства и установленной точности измерений при заданной доверительной вероятности. Единство измерений как одно из составляющих метрологического обеспечения – это такое состояние измерений, при котором результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений не выходят за границы допустимых с заданной доверительной вероятностью. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений. Важнейший элемент единства измерений – соблюдение единообразия средств измерений путем их градуировки в узаконенных единицах физических величин и обеспечения соответствия их характеристик заданным требованиям. Вторая составляющая метрологического обеспечения – точность измерений [2]. Она характеризуется близостью результатов измерений к истинному значению измеряемой величины и достигается установлением норм точности и аттестацией методик выполнения измерений. Содержание работ по метрологическому обеспечению испытаний схематично представлено на рисунке 1. Рисунок 1. Содержание работ по метрологическому обеспечению испытаний Целью метрологического обеспечения испытаний является получение качественных и надежных результатов измерений характеристик испытуемых изделий [3]. Без достижения этой цели невозможно достичь высокого качества разрабатываемых изделий. Используя высоко точные средства и методики выполнения измерений, можно получить результаты измерений с очень высокой точностью. Однако достоверными их можно считать только в том случае, если они получены при вполне определенных внешних задающих факторах и (или) нагрузках. Другими словами, необходимозадавать и выдерживать режимы испытаний с требуемой точностью. Погрешность задания и выдерживания режима испытаний определяется свойствами (характеристиками) испытательного оборудования. Эти свойства могут быть определены и гарантированы в процессе эксплуатации только в результате аттестации испытательного оборудования [4]. Одной из особенностей трансмиссий обычных городских автобусов и городских автобусов повышенной вместимости является то, что коробка передач находится на значительном удалении от органов управления. В связи с этим большое значение приобретает такой параметр, как время включения (переключения) передач t, т. е. промежуток времени между началом переключения органа управления водителем и полным включением требуемой передачи. Можно представить этот промежуток как сумму двух составляющих: время прохождения сигнала от органа управления, перемещаемого водителем, до коробки передач и время отрабатывания этого управляющего сигнала в самой коробке передач. В случае применения электропневматической системы управления переключением передач управляющий электрический сигнал поступает от органа управления водителя непосредственно в коробку передач, т. е. время прохождения сигнала до коробки передач настолько мало, что им можно пренебречь. В связи с этим экспериментально исследовались характеристики самойкоробки передач и исполнительных органов, расположенных непосредственно в ней. В процессе экспериментальных исследований измерялся целый ряд параметров и проводилась оценка погрешности каждого измеряемого параметра. В связи с тем, что эта оценка осуществлялась по одному и тому же алгоритму, в качестве примера приводится только определение среднего значения времени переключения с III на IV передачу и оценка погрешности этого значения. Оценка погрешности среднего значения времени переключения с III на IV передачу проводилась по результатам многократных измерений. Количество измерений определялось тем, что величина полученной случайной составляющей погрешности результатов измерений должна быть меньше допустимой , т. е. . Причем, желательно, чтобы значение не превышало . Число измерений n с учетом условия определялось из соотношения [5]: , где: tP – коэффициент Стьюдента; – дисперсия результата единичного измерения, определенного теоретически на основании паспортных характеристик испытательного оборудования,метрологических характеристик средств измерения и погрешностей, обусловленных методикой выполнения измерения; – дисперсия допустимых погрешностей измерений. В рассматриваемом случае при принятой доверительной вероятности р=0,95 и заданной допустимой погрешности число измерений n должно быть не менее 25. За основу принимается обычная методика многократных измерений, заключающаяся в том, что устанавливался исследуемый режим испытаний коробки передач, проводились измерения, затем режим изменялся, вновь устанавливался, и измерения повторялись. Затем полученные результаты многократных измерений должны подвергаться обработке в соответствии с правилами обработки случайных величин. Как известно, конечной задачей обработки результатов любых измерений является получение оценки истинного значения измеряемой физической величины и погрешности измерения при заданной доверительной вероятности. Обработка результатов многократных измерений должна проводиться по следующему алгоритму: 1. Результаты многократных измерений выстраиваются в вариационный ряд, в котором: 2. Определяется среднее значение результатов измерений . 3. Определяется среднее квадратическое отклонение результатов измерений . 4. Проводится оценка наличия в результатах измерений грубых погрешностей. За грубые погрешности принимались такие, значения которых превышали значение 3. 5. В случае наличия грубых погрешностей они исключаются и вновь проводятся работы по п.п. 2…4. 6. Проводится анализ наличия систематических погрешностей. Этот анализ удобно проводить с помощью критерия Аббе. 7. В случае наличия систематических погрешностей в результатах измерения они из них исключаются путем введения соответствующих поправок. 8. Учитываются не исключенные систематические погрешности (НСП). 9. Определяется значение отношения , где: q – систематическая погрешность результата измерения; – несмещенная оценка среднего квадратического отклонения , где: . 10. Проверяется гипотеза о нормальности распределения результатов измерений (например, с помощью составного критерия). 11. Вычисляются доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерения . 12. Определяются границы НСП , где m – число составляющих НСП. 13. В случаях, когда систематической погрешностью пренебрегают, и принимают . При пренебрегают случайной составляющей погрешности результата измерения, и принимают . Если выполняется условие , доверительные границы погрешности определяют по следующим выражениям: , где: ; ; . В результате такой обработки действительное значение измеряемой величины получается как среднее значение исправленных результатов многократных измерений, а границы доверительного интервала погрешности результатов принимается равным . Для примера рассмотрим результаты измерений при испытаниях механической КП с целью определения времени переключения передач. Результаты 25 кратных измерений времени t переключения с III на IV передачу представлены в таблице 1. Обработка результатов измерения представлена в таблице 2. Таблица 1 Исходный массив результатов многократных измерений i 1 2 3 4 5 1,242000 1,246643 1,250214 1,253786 1,27194898 i 6 7 8 9 10 1,275622449 1,279142857 1,281897959 1,302102041 1,306387755 i 11 12 13 14 15 1,31 1,320714286 1,217000 1,223000 1,229429 i 16 17 18 19 20 1,236214 1,257357143 1,260928571 1,264602041 1,26827551 i 21 22 23 24 25 1,284959184 1,289244898 1,293530612 1,297816327 1,33 Таблица 2 Сводная таблица обработки результатов измерения № Xi' ÷Xi'-`X÷ (Xi'-`X)2 1 1,217 0,055 0,0030 2 1,223 0,049 0,0024 3 1,229 0,042 0,0018 4 1,236 0,035 0,0013 5 1,242 0,030 0,0009 6 1,247 0,025 0,0006 7 1,250 0,021 0,0005 8 1,254 0,018 0,0003 9 1,257 0,014 0,0002 10 1,261 0,011 0,0001 11 1,265 0,007 0,0001 12 1,268 0,003 0,0000 13 1,272 0,000 0,0000 14 1,276 0,004 0,0000 15 1,279 0,007 0,0001 16 1,282 0,010 0,0001 17 1,285 0,013 0,0002 18 1,289 0,018 0,0003 19 1,294 0,022 0,0005 20 1,298 0,026 0,0007 21 1,302 0,030 0,0009 22 1,306 0,035 0,0012 23 1,310 0,038 0,0015 24 1,321 0,049 0,0024 25 1,330 0,058 0,0034 Σ 31,793 0,622 0,0223 Здесь ; `X=1,27. · Определение и исключение грубой погрешности . , . . · Построение гистограммы При числе интервалов h=7, шаге. Интервалы представлены в таблице 3. Таблица 3 Значения интервалов j Интервал k 1 1,200…1,221 1 2 1,221…1,243 3 3 1,243…1,264 6 4 1,264…1,286 7 5 1,286…1,307 5 6 1,307…1,329 2 7 1,329…1,350 1 На рисунке 2 представлена гистограмма результатов измерений, по которой видно, что распределение этих результатов достаточно хорошо апроксимируется нормальным законом. Рисунок 2. Гистограмма результатов измерений времени переключения · Определение границ доверительного интервала Значение коэффициента t для случайной величины имеющей распределение Стьюдента с 24 степенями свободы при р=0,95 равно 2,064. (). Результаты обработки 25-кратных измерений времени переключения с III на IV передачу показали, что его среднее значение составит 1,27 с, а верхняя и нижняя границы доверительного интервала . Таким образом, время переключения с III на IV передачу t=(1,270±0,063) с при р=0,95. На основании результатов испытаний было принято решение рекомендовать испытанную коробку передач для использования на городских и междугородних автобусах.