寿命试验技术（精选十篇）
寿命试验技术 篇1
1 总体设计方案
基于无线传输技术的继电器电寿命试验系统由计算机和继电器电寿命试验无线测控单元组成,如图1所示。
无线测控单元的核心是单片机,还包括串口通信模块、I/O模块及无线射频收发器等部分。连接射频收发器的计算机最多可控制16个无线测控单元。
系统前端为试验负载柜,MCU通过I/O时序控制逻辑电路,采集信号通过AD端口传送给MCU。数据在MCU中进行分析,完成对继电器电寿命检测后,存储、打包通过RS232串口与射频收发器连接,并由天线发射出去。射频信号经过天线传送到射频收发器中,经过解调、解扩得到原始数据,再通过RS232串口传输到计算机中。计算机可以实时显示并监测检测数据,同时还可以逆向传送指令到MCU,控制整个系统。
继电器负载分为直流负载和交流负载。以交流负载继电器电寿命试验为例,其试验电流电气原理如图2所示。图中J为用于保护的接触器,K为试品继电器,试验电源根据要求设定。
2 无线测控单元的硬件设计
无线测控单元是基于TI生产的MSP430F149单片机以及CC2530 射频收发器为核心构成。MSP430F149的 I/O1端口通过固态继电器控制接触器线圈,当出现故障时,切断主电路来实现保护;I/O2端口通过固态继电器控制试品继电器的励磁线圈,实现试验时序。AD1、AD2和AD3端口通过信号调理电路分别完成对电源电压、继电器触点两端电压的数据采集。MSP430F149把数据分析打包后,用RS232串口通过无线射频收发器CC2530发送数据。与计算机连接的CC2530接收到数据后,通过RS232串口把数据传送到上位机。
2.1 试验数据采集端口设计
继电器电寿命试验中,需要实时监测电源电压和试品触点电压。MSP430F149内部有一个12bit的模数转换器,8通道的采样接口ADC1～8,可用于上述试验数据的检测。系统设计中采用ADC1采集试验电源电压,ADC2和ADC3分别采集试品继电器的两个触点电压。以电源电压的检测为例,检测电路如图3所示。
图3是交、直流电压采集的通用电路,电源电压通过分压电位器W将交流(直流)电压分压,再经过霍尔电压传感器SK1T隔离压降后,通过ADC1引脚把信号传送到单片机MSP430F149,完成对电源电压的采集。对于交流电压来说,每次采集的是电压瞬时值,可以采用公式计算电压有效值,具体为:
undefined (1)
其中ui是每次采样的电压有效值;n是一个完整的电压周期内的采样点个数,即:
undefined (2)
其中fs是采样频率,fN是电压频率。对于直流电压来说,采用式(1)计算不影响电压的数值,只相当于进行了平滑滤波。因此,无论是交流电压还是直流电压,都可以采用上述硬件电路和数据处理方法。
2.2 试验样品控制端口设计
继电器电寿命试验中,需要对试品进行I/O逻辑控制。MSP430F149内部共有6组I/O端口,每组8bit,可用于上述对试品的逻辑控制。本试验应用到两组I/O端口,MCU通过I/O1端口连接固态继电器,控制主回路接触器J的接触线圈,从而达到控制主回路接触器J闭合、打开的目的。固态继电器选用美格尔JGX-1F,输出为AC220V,当出现故障时,MCU通过I/O1端口发出指令切断主电路,来保护试验电路和试验设备。I/O2端口连接固态继电器美格尔JGX-1FA,输出为DC24V,控制试品继电器K的励磁线圈,MCU发出指令控制试品继电器的试验频率及试验次数等,实现试验时序。
2.3 无线射频收发器
无线网络技术分为WiMAX 全球微波互联接入和WLAN 无线局域网技术两大类。本试验选用TI生产的CC2530 射频收发器,属于WLAN 无线局域网技术中基于ZigBee 技术的一项新兴的无线局域网技术, 有着近距离、低功耗、低复杂度、低数据速率及低成本等特点, 主要适用于自动控制和远程控制领域, 可满足小型廉价设备的无线联网和控制。
CC2530芯片具有256KByte 的闪存,内部运行ZigBee2007/PRO协议栈,针对复杂的ZigBee协议,本试验选用深圳鼎泰克公司生产的基于CC2530芯片的 ZigBee模块,此模块将协议栈嵌入模块内部,无需详细了解ZigBee协议栈,只需配置好无线网络,即可实现数据的无线传输。ZigBee模块与单片机及计算机选用串口的通信方式传输数据;为了方便,设计中选用深圳鼎泰克公司生产的ZigBee转串口配置底板,将 ZigBee模块转换为标准的双工RS232串口,保持串口速率可调,工作电压为DC3.3V。只需外部提供DC3.3V电源,ZigBee模块即可工作。本系统选取两个 ZigBee模块通过RS232串口分别与MCU和计算机相连,组成无线网路,MCU将数据信号经RS232串口通过ZigBee模块发送出去,无线传播后,由另一个ZigBee模块接收通过RS232串口传到计算机中。
3 计算机系统的设计
本继电器电寿命试验装置计算机系统采用研华工控机,经RS232串口连接ZigBee模块,实现数据的接收和发送,运用LabVIEW编写显示界面和控制程序,操作人员可在计算机上设置试验频率、需要试验的次数、允许失效的次数、负载因数(占空比) 、触点闭合及断开门限电压等参数,设备自动进行试验。并可实时监测触点电压波形及试验电压等。图4为一个试验周期下一组继电器触点电压波形。
4 组网及数据传输
根据ZigBee协议的要求,在建立网络之前需要对网络进行配置。配置参数主要包括最大子节点数、最大路由节点数及最大节点深度等。最大子节点数是指每个协调器所能管理的ZigBee设备的最大数量;最大路由节点数是指每个协调器所能管理的ZigBee路由器的最大数量,最大子节点数与最大路由节点数的差值就是每个路由器所能管理的最大端节点数;最大节点深度是指网络所允许的最大的、连续的父子节点连接数,这个参数决定了网络的覆盖范围。本试验应用到两个ZigBee模块,将与计算机连接的ZigBee模块设置为Coordinator,其作用为创建一个ZigBee网络,并为最初加入网络的节点分配地址,每个ZigBee网络需要且只需要一个Coordinator;另一个ZigBee模块设置为Router,称为ZigBee全功能节点,可以转发数据,起到路由的作用,也可以收、发数据,当成一个数据节点,还能保持网络,为后加入的节点分配地址。当计算机需要与更多的无线传输模块连接时,其余节点均可设置为Router,每个节点可以收、发数据,同时也能担任其他节点的路由器,而且所有的数据传输路由都是自动计算的,无需干预。设置好节点类型后,选择正确的COM端口,各个DTK ZigBee模块设定统一的串口速率,点击软件中的CONNECT按钮,当配置软件中红灯亮时,表示无线网络连接成功。网络配置如图5所示。
当配置好无线网络后会自动为每个ZigBee节点分配一个固定的ID,数据通过ZigBee模块发送到计算机时,计算机通过这个身份标识区分是哪个试品继电器的数据,进行分析判断并发出控制指令。本试验中只有一个无线测控单元包含一个试品继电器,控制着两个开关触点。MSP430F149,AD2,AD3分辨采集两个开关触点的数据,为了区分两个触点,即那个采集通道,系统数据包格式见表1。字节一为数据头;字节二为采集通道编号,数据范围为0～15,分别代表通道0～15;字节三与字节四为采集数据;字节五为校验和,SUM0=(DATA1+DATA2)%256。通过
这种方式,计算机可以实现对每个试品继电器以及每个开关触点数据的采集分析,实现实时控制。
5 结束语
轮毂加速寿命试验的统计分析 篇2
基于铝合金疲劳试验,采用BLUE(best linear unbiased estimation)和MLE(maximum likelihood estimation)方法,提出了轮较加速寿命试验的加速模型,且用假设检验方法研究应力集中对2014铝合金轮毂加速因子的.敏感性.
作 者：邵养鹏 周一帆 王国力 作者单位：邵养鹏,周一帆(中航第514厂,陕西兴平,713106)
王国力(西安交通大学,西安,710049)
寿命试验技术 篇3
关键词: 直流耐压试验绝缘缺陷交联聚乙烯
0 引言
泄漏电流电力电缆作为一种输电设备,不但具有占地少、供电可靠性高、运行和维护简便、可保密等优点,而且有利于提高电力系统功率因数,有利于美化城市。在城市配网及城网改造和新兴的现代化企业中的作用正日益突出,由于进行直流耐压试验的方法种类较多,接线方式各异,试验结果差别很大。随着交联电缆的广泛使用,对油浸纸绝缘电缆和交联聚乙烯绝缘电缆都采用直流耐压试验是否合适,如何正确判断电缆的试验结果,能否投入运行,这些都是我们在工作中遇到的实质性问题,需要我们正确地判断并得出正确的结论,为电缆的安全运行提供可靠的依据。
1直流耐压试验对发现纸绝缘电缆缺陷的有效性
直流耐压试验可判断纸绝缘电缆的好坏,并可获取其内部缺陷的可靠数据。避免交流高电压对纸绝缘的永久性破坏作用。在直流电压的作用下,电缆绝缘中的电压按绝缘电阻分布,当电缆绝缘存在发展性局部缺陷时,直流电压将大部分加在与缺陷串联的未损坏的部分上,所以直流耐压试验比交流耐压试验更容易发现电缆的局部缺陷。电缆直流耐压试验时,电缆导体接负极。这时电缆绝缘中有水分存在,将会因电渗透作用使水分子从表层移向导体,发展成为贯穿性击穿缺陷,易于在试验电压下击穿,因而有利于发现电缆绝缘缺陷。在直流电压下,绝缘介质中的电压按电阻系数分布,当介质有缺陷时,电压主要由与缺陷部分串联的未损介质的电阻承受,使缺陷更容易暴露。电缆纸绝缘在直流电压下的击穿强度约为交流电压下的2倍以上,所以可施加更高的直流电压对绝缘介质进行耐压强度的考验。在许多情况下,用遥表测量电缆的绝缘良好,而电缆的绝缘在直流耐压试验中被击穿。因此,直流耐压试验是检验电缆耐压强度、发现纸绝缘介质受潮、机械损伤等局部缺陷的有效手段。
2直流耐压试验对交联聚乙烯绝缘电缆的局限性
交联聚乙烯绝缘电缆电性能优良、制造工艺简单、安装方便,被广泛采用,已成为纸绝缘电缆的替代品。按高压试验的通用原则,被试品上所施加的试验电压场强应模拟高压电器的运行状况。这对检验交联聚乙烯绝缘电缆效果不明显,而且还可能产生负作用,主要表现在以下几个方面:
2.1 交联聚乙烯绝缘电缆在交、直流电压下的电场分布不同。交联聚乙烯绝缘层是采用聚乙烯经化学交联而成,属整体型绝缘结构,其介电常数小于2.3,受温度变化的影响较小。在交流电压下,交联聚乙烯电缆绝缘层内的电场分布是由介电常数决定的,即电场强度是按介电常数反比例分配的,这种分布比较稳定。在直流电压作用下,其绝缘层中的电场强度是按绝缘电阻系数正比例分配的,而绝缘电阻系数分布是不均匀的。这是因为交联聚乙烯电缆在交联过程中不可避免地溶入一定量的副产品,它们具有相对小的绝缘电阻系数,但在绝缘层径向分布是不均匀的,所以在直流电压下交联聚乙烯电缆绝缘层中的电场分布不同于理想的圆柱体绝缘结构,与材料的不均匀性有关。
2.2 交联聚乙烯绝缘电缆在直流电压下会积累单极性电荷,释放由直流耐压试验引起的单极性空间电荷需要很长时间。电缆如果在直流残余电荷未完全释放之前投入运行,直流电压便会叠加在工频电压峰值上,电缆上的电压值将远远超过其额定电压。这会导致电缆绝缘老化加速,使用寿命缩短,严重的会发生绝缘击穿。
2.3 交联聚乙烯绝缘电缆的半导体凸出处和污秽点等处容易产生空间电荷,但如果在试验时电缆终端接头发生表面闪络或电缆附件击穿,会造成电缆芯线中产生波振荡,危害其他正常的电缆和接头的绝缘。交联聚乙烯绝缘电缆一个致命弱点是绝缘内容易产生水树枝,在直流电压下,水树枝会迅速转变为电树枝,并形成放电,加速了绝缘水劣化,以致于在运行工频电压作用下形成击穿。
2.4 直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下电缆的某些缺陷。如在电缆附件内,在交流电压下,绝缘机械损伤等缺陷处最易发生击穿,在直流电压下则不会。直流耐压试验模拟高压交联电缆的运行状况,其试验效果差,并且有一定的危害性。
3交流耐压试验
直流耐压试验模拟交联聚乙烯绝缘电缆的运行场强状态不能达到所期望的试验效果,可以考虑用交流耐压试验来检测电缆敷设和附件的安装质量。
3.10.1Hz超低频电压 根据试验容量(试验容量公式S=wCU
s2=2∏fUs2 kVA,式中的C为被试电缆电容量;Us为试验电压;f为工频频率),0.1Hz交流电压与50Hz电压相比,前者需要的功率相当于后者的1/500。因此,原来为大型旋转式电机进行试验而开发的超低频电压设备可为塑料绝缘电缆直流电压试验所用。在基础调查研究中,首先针对各种模拟配置求出在0.1Hz和50Hz时试验电压(U0的2倍)等值的对绝缘施加的电压负荷。在经电缆现场试验试用后,开始考虑在现行的关于中压电缆的VDE标准中采纳超低频技术。0.1Hz的推荐试验电平为3U0。与用50Hz的试验相比,引发在薄弱点上的击穿明显变快。60min的试验持续时间是必要的,以便在试验中使可能存在的薄弱点发生击穿。由此可见,超低频试验设备是可行有效的。
3.2 振荡电压脉冲 振荡电压脉冲源于国际大电网21-09/2工作组的推荐标准,该组在20世纪80年代进行可替代塑料绝缘高压电缆设施直流电压试验选择方案的调查研究。按照有无极性变换的电路变形,这种电压波形因其随时间的变化避免了空间电荷效应。此外,采用这种电压波形,在现场可用相对比较简单的方法产生很高的试验电平。与低频方法不同,它适用于高压电缆设施。目前,这些试验方法在我国还没有普及,无论硬件还是软件,尚处于研究阶段。为了掌握电缆各部分的绝缘状况并减少对交联聚乙烯电力电缆的直流耐压试验,可按照《电力设备预防性试验规程》中電力电缆线路的橡塑绝缘电力电缆试验项目进行:①测量电缆主绝缘电阻;②电缆外护套绝缘电阻;③电缆内衬层绝缘电阻;④铜屏蔽电阻和导体电阻比;⑤电缆主绝缘直流耐压试验。为了交联聚乙烯绝缘电力电缆做以上测量,必须改变电缆附件安装工艺中金属层的接地方法。终端的铠装层和铜屏蔽层应分别用带绝缘的绞合导线单独接地,铜屏蔽层接地线的截面不得小于25mm2,铠装层接地线截面不应小于10mm2。中间头内铜屏蔽层的接地线不得和铠装层连在一起,接头两侧的铠装层必须用另一根接地线相连,而且还必须与铜屏蔽层绝缘。连接铠装层的地线外部必须有外护套,而且具有与电缆外护套相同的绝缘和密封性能。主绝缘交流耐压试验的电压波形应为正弦波形,频率应为20～300Hz。当电抗器固定时,谐振频率的平方与电容量成反比,其表达式为:W2C=1/L。即当电源频率变化n倍时,试品的电容量变化n2倍;选用频率为45～65Hz段,频率可以变化1.44倍,在电抗器个数或者电感量不变时,试品电容量最大可以变化2.07倍;选用频率为20～300Hz段,频率可以变化十几倍,在电抗器个数或者电感量不变时,试品电容量最大可以变化100倍。试验电压按照中国南方电网公司《电力设备预防性试验规程》修编说明的规定,试验时间为1h;或者试验电压采用电缆U0值,试验时间为24h,两者任选一种。(注:对于曾经运行过的电缆或其附件设备,在重新安装、部分更新或重新制作后,可采用较低的试验电压或缩短试验时间。试验电压值应经协商确定,此时考虑电缆运行年数、环境条件、过去击穿历史以及此次试验目的等因素。)
4 试验结果的分析与判断
一般可认为通过直流耐压试验而未被击穿的电缆的绝缘是合格的,该电缆可以投入系统运行。但并不是说,通过直流耐压试验的电缆质量就是好的。具有优良质量的电缆线路应在合理运用及无外力损伤的情况下安全运行数十年无事故。判断电力电缆线路绝缘优劣的标准如下:①电缆经直流耐压试验后绝缘击穿者,不能投入系统运行,应立即测寻故障点并进行抢修。②泄漏电流随试验电压的增高而急剧上升者,或者电缆在试验电压稳定后泄漏电流急剧上升,不能投入系统运行,应人为提高试验电压将电缆击穿,然后测寻故障点并进行抢修。③若泄漏电流值很不稳定(排除电源电压波动等外界因素),则可能是电缆绝缘内部微小气隙的局部放电引起的。这时可延长耐压持续时间或提高试验电压,观察泄漏电流的变化情况。如果在延时或提高电压的情况下,泄漏电流恶化趋势不大,可以投入系统运行,3个月后再复试。④泄漏电流不平衡系数超过规定的标准时(不平衡系数不大于2),应首先排除外界因素造成的影响,当确认是由电缆绝缘内部缺陷引起的泄漏电流不平衡时,应采取上述第③条中的延时或提高试验电压的方法进行考核、判断与处理。⑤泄漏电流随时间延长有上升趋势,且泄漏电流值比上次显著增大时,可采取上述第③条中的延时或提高试验电压的方法进行考核、判断与处理。⑥短电缆或其他有微弱缺陷的电缆的泄漏电流偏大而泄漏电流值稳定、平衡时,可投入系统运行。但应在6个月后进行复试。⑦直流耐压试验中有少数闪络现象,但在延时或提高试验电压情况下,闪络现象不再出现者,允许投入系统运行,但需6个月后复试;如果仍有闪络现象出现,一般应找出故障点并予以排除。
以上各条中,需做复试并且复试结果无明显恶化趋势的电缆,均可投入系统运行,并不再列入复试范围;如果复试结果具有明显恶化趋势,则应找出原因并予以修复。
5结束语
中介轴承试验台设计与寿命试验 篇4
关键词：棒材线,捆扎质量,振动及平托收集装置
0前言
航空发动机故障占飞行故障的很大比例, 常导致飞行中的灾难性事故, 而且维修更换费用昂贵, 约占维护费用60%。中介轴承是航空发动机的关键部件, 其性能的可靠性直接制约着飞行安全与飞机性能。为了使航空发动机安全高效地运行, 节省维护成本, 必须深入了解发动机的运行状况, 掌握变化规律, 研究中介轴承寿命问题, 这对于航空飞行有着十分重要的现实意义。
1 试验台设计
航空发动机中介轴承试验台属于专用试验台, 设计要求准确的模拟航空发动机实际工作状况, 完成双转子实验及中介轴承故障实验等, 试验台设计要求要能完成如下实验:1转子实验:不平衡实验;对中实验;碰磨实验;断油实验。2中介轴承故障模拟实验, 包括点蚀, 划痕, 滚动体故障, 保持架故障。
1.1 试验台总体结构设计
机械本体结构的设计原则主要是针对发动机中介轴承装配结构的相似性设计, 高压轴和低压轴可实现对转。采用相似设计的方法, 比例缩小原型机的尺寸, 获得新的结构尺寸。计算调整轴系零件和基本尺寸, 以满足临界转速的要求, 并校验强度。考虑试验台的润滑方式, 传感器的布置方式等。根据原型机双转子系统动力学参数, 进行简化处理, 再进行动力学相似设计, 得到中介轴承模型试验台 (图1) 。
1.2 中介轴承的选择与布置
中介轴承选用与其尺寸比例较为接近的圆柱滚子轴承NU1013作为研究对象, 中介轴承主要结构参数:轴承内径65mm, 轴承外径100 mm, 轴承宽度18 mm, 滚动体数21。中介轴承为用圆柱滚子轴承;轴承内圈安装于高压轴上, 采用锁紧螺母固定;外圈安装于过渡轴上, 采用轴承压盖固定, 过渡轴安装于低压配重盘上。中介轴承安装结构图见图2。
1.3 其他附加装置设计
弹性支承采用鼠笼式结构, 更换不同数量和宽度鼠笼条的鼠笼可实现支承刚度的调整。驱动电机采用变频电机, 通过膜片联轴器驱动高压轴和低压轴平稳旋转, 电机转速通过电控系统中的变频器控制。润滑系统通过气泵为中介轴承和支承轴承提供油雾润滑和气冷却, 通过手动调整可更改润滑和冷却能力。电控系统由电气控制柜和控制面板组成, 控制气泵、润滑装置和驱动电机。加载方式选用液压加载, 并且液压活塞杆上加上测力传感器, 方便直接测出加载力。
2 寿命实验设计
2.1 寿命试验要求
对于轴承来说, 运转过程中可以测的物理量有温度、振动、噪声等[1]。温度检测, 由于本试验台的中介轴承, 内环外同时转动, 需选择非接触式红外测温传感器。滚动轴承最常用的监控是对于振动信号的监控。振动监测, 目前测试振动信号的传感器可分为位移传感器、速度传感器和加速度传感器。相对来说, 采用加速度传感器可以有效地感知故障产生的冲击, 所测量的信号的包络频谱可以直观地反映冲击的规律, 因此采用加速度传感器。常见的转速测试方法有旋转编码器测试、光电传感器测试、振动测试方法等。振动测试方法依据是转轴不平衡量的存在, 通过测取电机的振动信号, 经过傅里叶变换获得的信号频率中幅值最高点即为转频, 此方法准确可靠, 因此本实验应用振动测试法。
本次试验要求在恒转速和恒加载力下, 监测中介轴承从开始运行直至损坏或者到达截尾数据的全寿命周期内的振动情况, 转速和运行温度情况。
2.2 传感器选择与安装
(1) 红外测温传感器。红外测温仪可以不接触目标而通过测量目标发射的红外辐射强度计算出物体的表面温度。非接触测温是红外测温仪的最大的优点, 使用户可以方便的测量难以接近或移动的目标。本次选用HE-205红外测温仪直接对准中介轴承。
(2) 加速度传感器。本系统采用JF2050压电加速度传感器, 其内装微型IC-集成电路放大器能, 其将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体, 直接与记录和显示仪器连接, 简化了测试系统, 提高了测试精度和可靠性。JF2050压电加速度传感器灵敏度5.01 m V/ms-2或49.10 m V/g, 安装在距离中介轴承最近的支座上, 分别测得X、Y方向振动。
(3) 电涡流位移传感器。为了获取主轴转动时的水平和竖直方向的径向跳动, 以及轴心轨迹, 选取ZA3402-01-00-05-01型电涡流位移传感器ZA21-8 (包括ZA3402位移变送器、Φ8 mm探头和延长电缆) 进行监测。分别安装对准高压转子和低压转子的X, Y方向。
3 寿命检测系统开发
3.1 软件选择
本系统开发选择美国国家仪器 (NI) 公司开发的Lab VIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, 实验室虚拟仪器工程平台) , Lab VIEW编程过程采用的是图形化的编程语言, 更加直观方便;Lab VIEW采用的是数据流模式, 操作者可以观测到程序的运行动态;Lab VIEW包含大量外观与传统仪器类似的控件, 搭建出系统显示界面更加的方便、快捷。另外Lab VIEW软件强大的兼容功能使它可以和MATLAB等其他编程语言混合使用[2]。
3.2 硬件选择
Compact DAQ (Data Acquisition) 是NI公司推出的一款高性能测量和数据记录平台。本次试验选用NI Compact DAQ9188机箱, NI Compact DAQ9188是8槽NI Compact DAQ以太网机箱设计, 适合远程或分布式传感器和电子测量。单个NI Compact DAQ机箱可测量最多256路通道的电子、物理、机械或声音信号。另外配合C系列数据采集模块NI9234板卡采集振动加速度和位移和NI9219板卡采集温度。
3.3 监测方案 (图3)
3.4 中介轴承状态监测系统
本航空发动机中介轴承状态监测系统, 主要有用户须知、报警设置、数据记录设置、转速监测、振动监测、位移监测、温度检测、应变监测和用户管理模块等9大模块, Lab VIEW前面板界面如图4所示。
4 总结
模拟航空发动机实际结构, 设计研发了航空发动机双转子中介轴承试验台, 包括其结构设计, 中介轴承安装设计, 驱动电机选择, 弹性支承结构设计, 润滑系统设计, 选择合理的加载方式。设计了中介轴承的寿命实验及监测内容, 包括检测温度、振动和转速。根据试验要求, 开发了与之对应的Lab VIEW数据系统实时监测系统。
参考文献
[1]徐东, 徐永成, 陈循, 等.滚动轴承加速寿命试验技术研究[J].国防科技大学学报, 2010, (6) :122-129.
寿命试验技术 篇5
旱坡地苹果树受干旱缺水、病害、冻害和栽培技术的制约其经济寿命仅为15年左右。如何从栽培技术上解决好旱坡地干旱缺水与果树需水矛盾，避免冻害，预防病害，挖掘苹果树再生潜能，使其发挥最大效能，延长经济寿命具有十分重要的意义。我们于1987-2012年，在山西省偏关县天峰坪镇小偏头村旱坡地果园对旱坡地苹果树栽培技术延长经济寿命进行试验研究。小偏头果园位于县城西10 km处的偏河公路旁，面积0.3 hm2，主要是苹果、梨等树。园地位于正东坡偏东，坡度在30°～50°，黄沙壤土质。通过釆取有效措施，科学解决旱坡地干旱缺水与果树需水的矛盾，特别重视果园水土保持，加强地下管理，每年增施有机肥料，结合深翻树盘，不断提升整形修剪技术理念，并逐歩更新淘汰衰老树，引进优良品种反复利用嫁接技术改造，缩短旱地果树栽培周期，延长旱坡地果园的经济寿命，形成全新的配套栽培模式。最终达到栽培密植化、树体小型化、管理简便化，提高经济效益，0.3 hm2旱坡地果园年纯收入逐年增加，稳定在3万～3.5万元。现将二十几年来的栽培技术要点总结如下，以供参考。
1加强地下管理，搞好水土保持
根据果园坡、梁、沟的地形特点，因地制宜，铲坡、叠埂、打堰。对坡度较缓的梁地整成等高小梯田；对坡度较大的坡面整成不规则的窄堰条梯田和里低外高半椭圆形的“卧牛坑”，即宽1.5 m、长2～3 m，外边高30～40 cm、宽30 cm的埂堰。随即将圪塄堰畔的表土杂草落叶铲到树盘和坑边，加厚活土层，增强果树抗旱保墒能力，充分利用公路旁雨水，轮换浇灌果树。并根据果园的特殊地形配套“之”字形田间管理作业道。同时在较缓的坡面、埂堰种植豆类、瓜类等低秆作物，减少杂草，提高果园的利用率。每年秋或早春对果树增施有机肥25～80 kg/株，结合深翻树盘，增强树势，提高旱坡地果树的抗逆性能力。
2果树更新改造，延长经济寿命
2.1高干树的改造
旱地苹果树过去由于定干高，树势弱，寿命短，而且主干上易萌发枝条。萌发枝条一般长势强，过去一直釆取疏除的办法，不仅削弱树体生长势，而且造成养分浪费。首先我们对过去栽植定干高的苹果树，利用主干下部萌发的新枝培养新的树形，使其上部树冠要逐步给新培养的“小树”让路或使上部树冠倾向一边，要让其多结果衰弱，待培养“小树”成形结果有产量及主干粗度等于或大于上部时，将上部树冠全部去掉，并及时在“小树”对侧皮下嫁接1～2个接穗，达到既可保护伤口增加树体生长量，又可改良品种増加产量的目的。再待培养树结果衰弱时，利用对侧嫁接品种培养树形代替萌枝培养树形；继续再待嫁接品种衰弱时利用根部砧木采取多条长短接穗坐地皮下嫁接，这样循环改造可延长其旱地苹果树的经济寿命。
2.2根颈部砧木蘖生苗的嫁接改造
利用根颈部易萌发砧木苗（山定子），选留3～4条培养利用。一般枝条粗度长到1 cm以上时釆取芽接或枝接，培养无主干多骨干枝树形，并可分期逐步疏除上部老树，由新嫁接树代替原老树。
2.3坐地嫁接改造
对结果能力减退的衰老病树，要在地上部树冠未死亡前，将地上部至砧木（山定子）锯除，釆取多条长短接穗相结合坐地皮下嫁接技术。时间宜在春季4月下旬至5月上旬，要根据砧木粗细度皮下嫁接5～9条接穗，每隔5～7 cm分别接一条长接穗（40～50 cm长）作为主接穗， 山西果树SHANXIFRUITS 2014（1）1可培养永久性的骨干枝，再接一条短接穗（10～20 cm长）作为辅接穗，有利于砧木伤口迅速愈合，可作为临时枝。同时釆取接口处灌清水（有利于增生愈伤组织和提高成活率），塑料膜包扎接口，埋湿土堆至接穗顶上7～10 cm，内虚外实，拍好。18～25 d后检査成活情况，接芽萌发1～2 cm时，在下午温度降低时或阴雨天去土露芽3～5个。成活后新梢长到15 cm时逐步分期去土堆。再待新梢长到40～50 cm时接口愈伤组织包合后，即可扒开嫁接部位的土解除包扎膜。然后再将湿土拢回埋土至接口以上10 cm成小土堆踩实，并插竹竿或木棍作支架绑缚固定防止风害。多条长短接穗坐地皮下嫁接，上部接穗密挤时釆取“逢二去一”法间疏，达到既包合嫁接伤口，又增加地上部生长量。
2.4树盘根蘖砧木苗的嫁接利用
旱坡地苹果树地上部衰弱时，在树盘易萌发砧木苖（山定苗），要充分保留利用，密度在50 cm留一株或有空间就留。一般1年生小苗可釆取8月份多芽芽接或笫2年春釆取舌接；2～3年生大苗可釆取枝接（劈接、皮下接，并釆取接口灌清水），生长势强壮的采取带花芽嫁接，既不影响生长，又可早结果、早丰产。结果后根据树体之间的生长势选留强壮树，淘汰结果早衰的弱树。密挤时采取移植补空或“逢二去一”法间疏，可按0.5 m×1.5 m的株行距定苗，提高园地的利用率，培养多种形式树形，待结果衰弱时再进行根部砧木坐地皮下嫁接，反复多次利用。
3更新修剪理念，延长结果年限
学习借鉴改良水地苹果树纺锤形、细长纺锤形、主干形等经验，结合旱坡地苹果树的实际，逐步更新整形修剪技术理念。对整形修剪技术的认识，由上世纪80年代采取的“边结果，边整形”到90年代“结果之中求树形”，又提升到21世纪初期的矮密栽培“能结果就行”的观点。定植或嫁接改造后，均采取缓放让其早结果，衰弱时及时回缩促壮骨干枝及枝组。同时根据其枝条生长状况，培养适宜的树形，确保株间、行间枝条互不密挤，通风透光，果实不拖地，培养强壮的骨干延长枝和培养交替结果枝组。
3.1“放缩法”修剪技术
根据枝条不同的生长势分别釆取“连续缓放轻回缩、缓放轻回缩、缓放中回缩、缓放重回缩、连缓重回缩”的方法调节营养生长与生殖生长的矛盾。放缩法修剪，在疏除竞争枝、徒长枝、背上强枝的前提下，一般不釆取短截。对骨干延长枝及强枝，釆取连续缓放轻回缩或中回缩，利用新梢顶芽延伸力迅速扩大树冠，使骨干枝上形成花芽早结果；对中庸枝采取缓放中回缩，平衡生长势；弱枝缓放重回缩或连缓重回缩，集中养分促壮生长势。缓放不仅减缓树势，有利于树体及枝条养分积累储备，迅速向生殖生长转化；回缩可培养促壮枝条生长，复壮树势，有利于形成壮枝壮芽，延长其经济寿命。改变过去树形培养釆取年年短截的方法，不是越剪越旺，就是越剪越弱的弊端。
3.2间疏枝条
果树在成形阶段，在放缩法修剪的前提下，易成花，结果早，为了使树势保持健壮生长，防止早衰延长其寿命，就必须及时合理量化疏枝量，减少消耗，集中养分。从1年生枝开始逐步分期分批间疏，用“逢二去一、逢三去一、逢四去二”的方法，疏除掉树体枝条总量的40%～50%，通过调节枝量，布局枝条位置，促壮树势，达到解决树体养分分配与干旱缺水的矛盾，延长果树的经济寿命。
3.3剪锯伤口塑料膜包扎应用
对枝条剪锯伤口一直采取抹松香油、打蜡、涂抹油漆等措施，但效果并不十分理想。存在着伤口愈合时间较长，养分疏导受阻，影响果树的正常生长的问题，改进后对剪锯伤口采取塑料膜（地膜）包扎，伤口水分保持性能好，利于愈伤组织形成，使愈伤组织向木质截面加速愈合，有效阻止腐烂病菌侵染。经20多年在偏关县旱地果园推广应用取得了明显的效应。
寿命试验技术 篇6
接触疲劳失效是材料在循环接触应力作用下,产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后,接触表面发生麻点、浅层或深层剥落的过程,是齿轮、轴承和轧辊等零部件失效的主要原因[1,2]。很多大型设备都由于表面零部件的接触疲劳失效而导致了整机的报废,极大地浪费了资源。研究表明,热喷涂等表面涂覆技术是解决此类问题的有效手段[3,4,5]。
本文旨在研究表征涂层接触疲劳寿命的方法。在疲劳试验的基础之上,采用Weibull概率曲线的方法对涂层的接触疲劳寿命数据进行了表述,并预测了在同一应力水平和摩擦工况下涂层的接触疲劳寿命。本研究采用装备再制造技术国防重点实验室自主开发的高效能超音速等离子喷涂设备制备涂层,该设备可以在低能耗的前提下实现等离子喷涂,制备高质量的陶瓷和金属涂层[6]。
1 涂层的制备及试验方法
1.1 涂层的制备
由超音速等离子喷涂设备喷涂的材料是铁基自熔剂合金粉末,形貌如图1所示。该铁基合金粉末可自行脱氧、造渣,消除氧化物对涂层的不利影响,且具有较好的常温耐磨性[7,8]。铁基合金粉末的成分为:w(Cr)=13.6%、w(B)=1.6%、w(Si)=1.1%、w(C)=0.16%、w(Fe)=83.54%,粒度为400~450目。铁基涂层微观结构形貌如图2所示。由图1可知,粉末颗粒的粒度均匀,球化程度良好,具有较好的流动性,有利于连续、均匀地送入等离子焰流中,从而形成优质涂层。铁基涂层微观结构基体材料选择调质45钢,调质处理后基体具有良好的力学性能。喷涂前用丙酮清洗喷涂表面,并对清洁表面进行棕刚玉喷砂处理,形成清洁的粗糙表面,以增强涂层与基体的结合强度。喷涂时将预处理后的基体材料固定在自制的卡具上,喷涂过程中始终使用冷却气对基体进行降温,以防止基体过热影响喷涂层的质量。喷涂过程中,主气为氩气,次气为氢气,送粉气为氮气,喷涂参数如表1所示。
图2所示的涂层截面是采用扫描电子显微镜(SEM)观察到的。可以看出,涂层中存在少量的孔隙,无明显的层状结构和层间裂纹的存在,结构非常致密。采用基于灰度分析的方法[9]对涂层的孔隙率进行了测量,测得的涂层平均孔隙率为1.02%。
1.2 接触疲劳试验
采用燕山大学自主研制的YS-1型球盘式接触疲劳试验机进行涂层的接触疲劳试验。该试验机主要模拟推力轴承的接触状态,用于考察硬质涂层的接触疲劳性能,并通过传感器和特有的记录软件,实现发生疲劳失效时自动停机并且记录试样接触疲劳寿命的功能。经过磨削加工,满足试验机平行度要求的试验试样置于推力轴承的上滚道,光滑的涂层平面与11球轴承球形成滚动接触副,考察在充分油润滑的条件下,涂层的接触疲劳性能,示意图如图3所示。加载砝码的重力通过杠杆的放大作用施加给摩擦副,采用赫兹应力公式计算得到本次试验的最大接触应力为2.114GPa。通过振动和扭矩双信号判断涂层失效的发生,在同一接触条件,进行了10次平行试验,每次试验结束后更换轴承球,以保证不会因为轴承球的失效而导致信号采集失真。试验结果表明,其4个试样由于剥落发生失效,4个试样由于分层发生失效,2个试样由于表面点蚀发生失效。可见在此应力状态下,涂层主要发生剥落和分层失效。具体的试验结果如表2所示。
2 涂层接触疲劳寿命的表征
接触疲劳寿命是指试样接触表面在循环接触应力作用下直至疲劳失效时所经受的应力循环次数,是表征接触疲劳性能的关键指标。国外学者为了表征涂层的接触疲劳寿命,建立了一些预测接触疲劳寿命的理论模型[10,11],但是由于在实际工况中影响寿命的因素多种多样,所以理论预测模型与真实的情况往往存在着较大的偏差。通过在同一应力水平和摩擦工况条件下的试验研究来反应涂层的接触疲劳寿命,是一种有效表征涂层寿命的方法,其难点在于疲劳数据的处理以及其中规律的提取。
研究表明疲劳数据服从Weibull分布,Weibull分布是1951年瑞典科学家Weibull在研究链结构时提出的一种概率分布函数。它具有适用性广、覆盖性强的特点,是目前在机械强度的可靠性分析计算中常用于表达强度及寿命的一种分布形式[12]。本文采用两参数的Weibull分布处理接触疲劳试验数据,并通过Weibull失效概率曲线图来表征涂层的寿命,其分布函数为
F(N)=1-exp(-(N/Na)β) (1)
式中,F(N)为N次循环的失效概率;Na为特征寿命;β为Weibull失效概率曲线的斜率。
基于试验数据基础之上的参数估计是其处理疲劳数据的关键步骤。目前常用的参数估计方法主要有极大似然估计、矩估计等[13,14]。由于极大似然估计法在保证精度的前提下,处理数据的过程相对简单。所以本文采用极大似然估计法对参数Na、β进行估计,其参数估计式如下:
式中,n为平行试验次数,n=10;Ni为第i次试验的寿命。
由于上述两式是未知数在指数位置的超越方程,解法十分繁琐,本文使用计算软件MATLAB对上式进行计算,得到了Weibull分布的两个参数值分别为Na=1.1609×106,β=2.84。
在此基础之上通过式(1)计算可得,任意循环次数下,涂层的失效概率图即Weibull失效概率曲线图,如图4所示。此应力水平下,涂层的寿命参数和Weibull分布的参数如表3所示,其中N10、N50、N90分别为失效概率为10%、50%、90%的循环周次。由此通过Weibull概率曲线的形式,表征了涂层在此应力水平和摩擦工况下的接触疲劳寿命。通过曲线可以预测涂层在任意循环次数时的失效概率。
3 结论
(1)采用超音速等离子喷涂技术制备了结构致密,微缺陷较少的铁基涂层。
(2)采用球盘式接触疲劳试验机在最大接触应力为2.114GPa的条件下进行了10次平行试验,涂层的失效形式主要以分层和剥落为主。
(3)在试验得到的寿命数据的基础之上通过极大似然估计法得到了Weibull分布的两个参数,并在此基础之上建立了Weibull概率曲线图。通过概率曲线图可以直观地得到在同一应力水平和摩擦工况的任意循环次数下涂层的接触疲劳失效概率。通过建立曲线图方式表征了疲劳寿命。
摘要：采用超音速等离子喷涂技术制备了铁基耐磨涂层,使用球盘式试验机进行了接触疲劳试验。在得到疲劳数据的基础之上,采用Weibull分布处理试验数据,得到了Weibull失效概率曲线图,通过该图可以直观地得到涂层的各种寿命参数,以及预测在同一应力水平和摩擦工况条件下,任意循环次数时涂层的接触疲劳失效概率。试验表明这种方法可以有效地表征和预测涂层的疲劳寿命。
继电保护装置高加速寿命试验的研究 篇7
在当今世界新一轮能源革命中, 电力居于重要地位。继电保护装置作为电力系统的安全卫士就必须能在相应的环境下包括在一些极端的环境条件和恶劣的环境条件下长期可靠运行。所以怎样提高电力设备可靠性, 特别是恶劣环境下继电保护装置可靠性是一个非常重要的研究课题。而在产品研发阶段就进行可靠性研究及测试是产品最终能够高可靠性运行的前提和有力保障。传统的可靠性试验 (包括加速寿命试验) , 因为试验周期长、失效模式多、不易找到缺陷等原因而在实际应用中作用很小。高加速寿命试验因为能在短时间内激发出产品早期缺陷并及时进行改进, 从而提高产品可靠性, 所以越来越受到世界各国的高度重视。
目前国内外展开的研究基本在试验方法和参数、相对性评估及影响机理等方面。本文除在试验的方法、环境因素、电应力对继电保护装置可靠性产生影响, 影响程度及机理如何能够激发出哪些缺陷上做了更细致的研究。还通过高加速寿命试验研究了各因素对继电保护装置可靠性降低的原因并找到改进的方法, 对通过实验发现的问题进行归纳并分析数据, 为以后产品开发提供参考。
1 高加速寿命试验简介
可靠性试验按试验目的可分为工程试验和验证试验。可靠性工程试验的目的在于暴露产品的薄弱环节和缺陷, 并采取纠正措施加以排除;可靠性验证试验的目的在于验证产品的可靠性定量指标。高加速寿命试验属于工程试验的范畴。传统可靠性工程试验包括环境应力筛选 (ESS) 、可靠性增长试验 (RGT) 等。
因为传统可靠性环境试验是模拟环境试验, 试验周期长, 试验效率低, 试验耗费大。采用强化应力激发试验可快速有效地暴露设计薄弱环节和剔除制造工艺造成的缺陷, 也称可靠性激发试验, 是通过恶化环境进行的试验, 美国G.K.Hobbs, K.A.Gray, L.W.Condra等人最早研究, 并称为高加速寿命试验 (HALT) 和高加速应力筛选试验 (HASS) [1]。现已成为美国电子业界标准产品验证方法。
高加速寿命试验 (HALT) 与加速寿命试验 (ALT) 不同, 加速寿命试验 (ALT) 是在保证失效机理不变的条件下, 通过加大试验应力来缩短试验周期进行寿命试验的方法;高加速寿命试验 (HALT) 是通过加大不同试验应力找出产品工作极限和破坏极限, 应用失效物理学对激发失效的物理、化学过程进行分析, 确定这些过程与环境应力等各因素的关系, 并鉴定证实其失效模式和失效机理, 找出产品设计及制造的缺陷, 从而不断提高产品可靠性的方法。
2 继电保护装置高加速寿命试验原理及方法
继电保护装置主要功能是正确反映电气设备的故障和不正常工作状态, 自动、迅速、有选择性地通过控制断路器动作来切除系统中的故障设备, 保证无故障设备继续正常运行, 从而将事故限制在最小范围, 以提高系统运行的可靠性。继电保护装置一般由数据采集部分、CPU逻辑处理部分 (包括通信部分) 、人机交互部分 (包括定值整定) 、执行部分和电源构成。
2.1 继电保护装置特点
因为继电保护在电力系统的主要作用是事故预防或缩小事故范围。所以首先当电力系统出现故障时, 继电保护装置应能自动、快速、有选择性地将故障元件从系统中切除, 使故障元件免遭损坏, 保证系统其它部分继续运行。并且当系统出现了不正常工作状态时, 继电保护能及时反应, 并发出信号, 告诉值班人员予以处理。在无值班人员的情况下, 保护装置应能延时减负荷或跳闸。
总结为: (1) 在不该动作时不误动, 在该动作时不拒动; (2) 能以最短时限将故障或异常部分从系统中切除或隔离; (3) 在自身整定的范围内切除故障, 保证最大限度地向无故障部分继续供电, 不越级跳闸; (4) 能正确灵敏地反映故障[2]。
2.2 继电保护装置硬件失效率模型
影响继电保护装置失效率的单元一般包括数据采集部分 (A I) 、逻辑部分 (C P U) 、开关量输入和输出部分 (DI和DO) 、通信部分 (COM) 和电源部分 (DC) 。失效判据有误动、拒动。
假设以上各部分误动失效率分别为:λcpuw、λdiw、λdow、λaiw、λdcomw、λdcw;拒动失效率分别为:λcpuj、λdij、λdoj、λaij、λdcomj、λdcj;装置硬件误动、拒动失效率分别为:λw、λj;装置硬件失效率为:λ。则:λw=λcpuw+λdiw+λdow+λaiw+λdcomw+λdcw, λj=λcpuj+λdij+λdoj+λaij+λdcomj+λdcj, λ=λw+λj。
2.3 试验原则
试验原则是先试验破坏性弱的应力类型, 然后再试验破坏性强的应力。试验方案一般采用:低温步进应力试验—高温步进应力试验—快速热循环试验—振动步进应力试验—温度与湿度综合应力测试—温度与振动综合应力测试—电应力测试 (包含电流、电压过载, 电源拉偏, 电压跌落等) 。
2.4 低温、高温步进应力试验
标准参考G B/T 2423.1—2008中4.5、G B/T2423.2—2008中4.5的规定。
目前对继电保护装置没有HALT试验标准, 推荐试验步骤: (1) 一般高温以40℃为起始温度, 低温以0℃为起始温度开始试验。 (2) 以5℃或10℃步进值进行降 (升) 温。 (3) 温度阶梯持续时间30 min后进行性能测试。 (4) 重复步骤 (2) 和 (3) , 确定试验样品的低温工作极限。 (5) 继续步进应力试验, 直至确定试验样品的低温破坏极限。试验过程中, 若试验温度达到了预期目标值, 试验可终止。
2.5 快速热循环试验
标准参考GB/T 2423.22—2002中2.3.1的规定。
试验步骤: (1) 确定高温温度值和低温温度值。 (2) 温度变化速率40℃/min。 (3) 高、低温温度值的持续时间30 min。 (4) 试验进行5个周期。
2.6 振动步进应力试验
标准参考GB/T 2423.43—2008、GB/T 2423.56—2006的规定。
试验步骤: (1) 推荐起始振动量级为5 grms至10 grms。 (2) 振动时间为10 min。 (3) 以5 grms步进值增加振动量级。 (4) 重复步骤 (2) 和 (3) , 确定试验样品的振动工作极限。 (5) 继续步进应力试验, 直至确定试验样品的振动破坏极限。试验过程中, 若振动量级达到了预期目标值, 试验可终止。
其它试验可参考相关标准, 如国家标准委员会近期公布的关于电子产品可靠性《试验条件和统计检验原理》、《试验周期设计》、《系统可靠性分析技术, 失效模式和影响分析 (FMEA) 程序》三项可靠性国家标准进行。
3 强化应力对继电保护装置的影响
3.1 温度应力影响
影响机理: (1) 高温:热老化 (氧化、开裂、化学分解和老化) 、软化、融化、升华、金属膨胀系数不同引起接触电阻等发生变化。 (2) 低温:脆化、结冰、机械强度减低、物理性收缩。
激发出的缺陷:元器件参数漂移;电路板开路、短路;元器件安装不当;错用元器件;密封失效等。
试验参数选择:上限温度、下限温度、循环次数、温度变化速率。
引起的典型故障:绝缘损坏、机械故障、接插件接触不良、开裂、液晶屏不显示等。
具体事例:电解电容、钽电容的电容量随温度降低而减小, 等效串联电阻 (ESR) 随温度降低而升高, 集成电路或三极管的PN节导通压降随温度升高而降低。由实验及现场经验可知对于微机继电保护装置受此影响最易失效的是电源及液晶模块。
温度对电容器的影响主要是降低其使用时间, 通常认为, 在超过规定许用温度下工作时, 每提高10℃使用时间就会下降一半[3]。
假设继电保护装置失效遵循最弱链条模型, 即基于元器件的失效是最薄弱的。此模型在研究高温下发生的失效最为有效。
3.2 湿度应力影响
影响机理:膨胀、机械强度减低、化学反应 (腐蚀和电蚀) 、绝缘体导电率增加。
引起的典型故障:绝缘损坏、机械故障、物理性损坏。
对继电保护装置影响: (1) 绝缘电阻降低, “导电小路”和飞弧出现, 介电常数加大, 介质损耗增大。 (2) 表面电阻加大, 电接触不良。 (3) 继电器触点发生腐蚀, 增加拒动、误动风险。 (4) 元器件、结构件锈蚀, 电性能改变。 (5) 易发生表面凝露, 降低设备可靠性。
通过试验可知, 潮湿可使绝缘电阻降低。有些设备潮湿试验时绝缘电阻接近于零, 在印制板喷绝缘漆后重做潮湿试验时绝缘电阻符合要求, 因此只要工艺水平符合要求, 单一潮湿因素对装置影响不大。但高温高湿情况下继电保护装置失效率会大大提高。
3.3 振动应力影响
激发出的缺陷:粒子污染、压紧导线磨损、晶体缺陷、混装、相邻元器件短路、导线松脱、元器件粘接不良、大质量元器件紧固不当、邻近板摩擦、机箱及插件结构不合理等。
试验参数选择:振动试验频率范围、交越频率、加速度幅值、每一轴线方向扫频循环数、每一次扫频循环时间、三个互相垂直方向的轴线试验持续时间。
3.4 电应力影响
激发出的缺陷:元器件选型不当, 元器件参数漂移, 晶体缺陷, 电应力也会促使器件内部产生离子迁移、质量迁移等, 造成短路、击穿断路失效等。器件在电流、电压或功率等电应力作用下, 应力越强, 失效速率越快, 器件寿命越短。
试验选择:电流、电压过载, 电压跌落等。
3.5 加速因子的计算
加速环境试验是一种激发试验, 它通过强化的应力环境来进行可靠性试验。其中最困难、最关键的工作是确定加速因子。加速因子是指设备在正常工作应力下的寿命与在加速环境下的寿命之比, 加速因子的计算是基于一定物理模型的, 常用模型有:Arrhenius模型、Coffin-Manson模型和NorrisLanzberg模型等。本文建议加速环境试验温度的加速因子由Arrhenius模型计算;电压的加速因子由Eyring模型计算;湿度的加速因子由Hallberg和Peck模型计算;温度变化的加速因子由CoffinManson公式计算[4]。
4 试验实例分析
通过对某装置进行HALT, 得出试验结果如表1和表2所示。
通过以上试验, 发现装置有一些设计缺陷, 采取改进措施后进行HALT, 得出试验结果如表3和表4所示。
通过试验总结出装置在部分恶劣环境下激发的缺陷如表5所示。
通过试验总结出装置易失效的基本单元与部分恶劣环境的关系见表6。★表示影响严重, ▲表示影响一般, △表示影响微小。试验得出在应用改进措施后各种应力极限可扩大到如表7所示的参数。
注:设计余量为-35~65℃;HASS为-45~85℃;HALT为-70~90℃。
5 可靠性评估
对于以上试验只能得到恶劣环境对继电保护装置可靠性有影响, 但影响大小及可靠性特征值难以得到, 要想得到可靠性特征值, 可按以下方法做加速试验。
假设产品的平均故障间隔时间 (MTBF) 为10年 (10×365×24=87 600 h) , 验证试验可采用定时定数截尾试验, 其抽样方案置信度a= (1-β) 取为0.9, 假定产品寿命服从指数分布时, MTBF的验证试验方案如表8所示。
表中, rc为截尾失效数, Tc为截尾时间, θ1为不可接受的平均寿命。产品寿命为相邻两次故障间的工作时间。表8反映了截尾失效数与截尾时间的关系[5]。
假设装置失效服从温度-湿度效应, 以高温75℃, 相对湿度95%RH, 做强化试验 (以电容失效模式) , 加速因子计算如下:
式中, R Ht为相对湿度下测试环境;R Hu为相对湿度下使用环境;Ea为激活能 (取0.6 e V) ;波尔兹曼常数K=8.617×10-5e V/K;Tu为使用环境温度 (K) ;Tt为测试环境温度 (K) 。
可信度系数A=0.5×χ2[1-a, 2 (r+1) ], 假设截尾失效数r=1, 可以用EXCLE计算出A=0.5×
室温25℃, 相对湿度50%RH下测试时间tTu=A×MTBF=3.89×87 600=340 764 h;高温75℃, 相对湿度95%RH下测试时间tTt=tTu/Af=340 764/196.9=1 731 h。
因样品数量限制, 抽取50台产品, 需要试验最长时间为tmax=tTt×Tc/50=1 731×2.3/50=80 h。即装置在高温75℃, 相对湿度95%RH下运行80 h内无一台故障, 即可接受。
根据以上计算可推导出现场恶劣条件下运行时可靠性特征值, 如:假设现场中午4 h室温25℃, 高温45℃, 相对湿度60%RH;上午、下午8 h室温25℃, 高温30℃, 相对湿度70%RH;夜晚12 h室温25℃, 低温5℃, 相对湿度95%RH, 则中午的加速因子为:
上午、下午的加速因子为:
夜晚的加速因子为:
等效加速因子为:Af=7.5× (1/6) +4× (2/6) +36.8× (3/6) =21, MTBF=87600/21=4171 h, 即相当于现场环境运行平均无故障工作时间为4 171 h。由于现场温度、湿度是不停变化中, 而且还有其他因素影响, 所以这种计算只是理论估计值, 但在没有成熟理论计算时可作为参考。
6 试验仪器的选择
继电保护装置试验设备及仪器仪表主要包括:继电保护测试仪、高温试验箱、低温试验箱、低气压试验箱、潮湿试验箱、振动试验台、冲击试验台、碰撞试验台、介质强度试验装置、冲击电压试验装置、各种抗扰度试验的试验发生器及辅助设备、电磁发射试验及谐波试验设备、电力系统动态模拟试验系统及数字仿真试验设备等等。环境因素对继电保护装置可靠性影响很大, 通过合理采取HALT, 基本可以激发出潜在设计缺陷, 通过不断改进设计可以很大程度提高继电保护装置可靠性。
参考文献
[1]张增照.以可靠性为中心的质量设计、分析和控制[M].北京:电子工业出版社, 2010.
[2]胡文杰.35kV线路微机保护装置的研究设计[D].西安:西安科技大学, 2007.
[3]乔大雁.微机继电保护硬件可靠性评估和筛选试验的研究[D].北京:华北电力大学, 2006.
[4]罗雯, 魏建中, 阳辉.电子元器件可靠性试验工程[M].北京:电子工业出版社, 2005.
智能型阀门电动装置寿命试验系统 篇8
关键词：电动装置,寿命试验,工控机,PLC,MCGS组态,液压加载
阀门电动装置是对各类阀门进行安全启闭和智能调节, 可现场和远距离控制的一种机电一体化设备。阀门电动装置寿命试验是电动装置模拟阀门启闭转矩的变化进行10000次开关循环操作, 从而测试阀门电动装置的整机运行效率和最大控制转矩的变化, 以及位置控制的精度, 是阀门电动装置型式试验中一个重要试验项目。目前国内阀门电动装置寿命试验台, 特别是满足智能型阀门电动装置寿命试验方面存在着很多不足, 如控制技术落后, 系统框架不完整, 测试扭矩不直观, 无数据记录和输出功能等。基于以上问题, 本文提出了智能型阀门电动装置寿命试验系统。
1、系统总体设计
智能型阀门电动装置寿命试验系统以工控机和PLC为检测控制核心、由电气控制系统、液压控制系统、循环水冷却系统、力矩传感器、数据采集硬件和软件、数值运算处理软件、图形显示与操作软件、试验报告生成、图表与测量结果存储软件等组成。系统的液压控制模拟阀门启闭转矩, 采用力矩传感器和检测仪表采样数据, 通过PLC和组态软件处理和显示数据。图1为试验系统构成框图, 图2为试验系统外形。
2、试验系统的加载及冷却
寿命试验是电动装置模拟阀门启闭转矩的变化进行开关循环操作, 因此, 寿命试验台用液压控制系统来模拟阀门启闭转矩的变化, 其有液压加载装置、液压控制系统和循环冷却系统组成。
(1) 液压加载装置。液压加载装置由油缸、动态扭矩传感器、限位开关和连接部分组成。工作原理为:油缸提供阀门电动装置的开关动作负载;动态旋转扭矩传感器, 对电动装置输出扭矩进行实时直接测量, 给电气控制系统提供最准确的转矩数据, 供PLC的运算控制;通过限位开关对油缸超行程提供保护。
液压油缸最大工作压力为10MPa;最大推力123150Kg, 最大拉力82930Kg;油缸行程为160mm;液压加载装置提供负载扭矩范围为200-1200Nm。
(2) 液压控制站。液压控制站由油泵、比例溢流阀、传感器等组成。主要作用为:提供对油缸的输入输出端的高低压转换, 通过比例溢流阀来调整背压压力, 实现对背压高压的比例调节, 监控高压端压力, 结合旋转扭矩传感器来形成对阀门电动装置输出扭矩的闭环控制, 提高扭矩的精度和稳定性, 完成液压站的保护等。
(3) 循环水冷却系统。阀门电动装置配用阀门电机通常为S2短时工作制。在整个寿命试验过程中, 电动装置动作频繁且承受较大负载, 阀门电机温升很高。结果将导致电机热保护动作或者烧毁, 从而中断寿命试验过程。循环水冷却系统可有效降低阀门电机温升, 保证试验正常进行。
循环冷却系统由电机、喷淋装置和蓄水池组成。主要作用是对被试电动装置的阀门电动机进行喷淋冷却, 保证整个寿命试验顺利完成。蓄水池的容积为35升, 保证整个循环冷却系统用水的同时也能有足够的冷却条件。电气控制为独立控制回路, 启动由PLC控制, 安装方便。配有软性钢制喷头, 调节喷淋位置可适合各种型号规格的阀门电动装置。
3、试验系统电气控制
试验台电气控制由触摸式工控机、PLC可编程序控制器、传感器和二次仪表等组成。电气自控部分安装于操作台内, 操作台面板和内部结构合理, 方便操作和维护。操作台具有手动调试和自动运行功能。图3为电气控制原理。
利用触摸式工控机作为人机界面显示试验数据和输入操作指令, 同时也用作试验数据存储及文档输出端。工控机与三菱FX1N-24MR小型PLC之间采用串口连接, 传递操作指令和数据。
工控机采用15寸工业液晶显示器作为显示界面。操作界面采用MCGS (Monitor and Control Generated System, 监视与控制通用系统) 组态软件编制, MCGS可用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统, 主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制, 可运行于Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。通过组态软件实时修改和监控控制参数, 并记录和输出。操作界面简洁直观, 可实时显示各测试量和一些重要的数据的测试参数 (如力矩) , 可显示各测试量的历史数据。
工控机具有USB打印接口, 可人工或自动定时保存和打印测试结果、实验数据, 可连接打印机打印生成标准格式的实验报告, 也可通过USB接口将测试报告输出, 输出格式为xls。
4、试验系统功能及操作界面
阀门电动装置一开一关为一次运转周期。寿命试验系统每运转一次的时间为40s。即开10s, 停10s, 关10s, 停10s。操作时间特性如图4所示。
智能型阀门电动装置寿命试验系统特点如下:
(1) 执行标准严:试验台可以完全按照《JB/T8862-2000阀门电动装置寿命试验规程》规定的相关寿命试验要求, 对阀门电动装置进行寿命试验, 试验次数可以万次以上。 (2) 适用型号多:满足对普通型、一体型、智能型进行检测, 适用范围广泛。 (3) 调节范围宽:可以在200-1200Nm范围内的阀门电动装置进行寿命试验, 并且测试时间和加载倍数及时间可进行调节, 可以按照要求储存和修正运行参数。 (4) 采集数据方便:对试验数据进行定时采集分析, 实时显示和记录运行参数。 (5) 保护措施严格:对试验阀门电动装置进行冷却, 并且采用定时和超行程, 突发事件进行保护, 可靠性很高。
5、结语
在这试验平台上已对三个系列五个规格产品进行了寿命试验, 历时近半年多时间, 实际使用效果比较好。试验人员反映操作简单, 设置界面友好, 整个试验过程可无人值守, 试验结束后可获得与试验规程较吻合的加载曲线。阀门电动装置本体故障后能很好保护试验系统, 中断试验并记录故障和时间。
智能型阀门电动装置寿命试验系统研制成功, 意味着阀门电动装置行业对产品使用寿命的验证能力有了提高, 这个系统可以在行业内得到广泛应用。
参考文献
[1]王兴, 蒋庆华.电动执行器.北京:机械工业出版社, 1982.
[2]McgsTpc系列教程.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.2010.
钢筋混凝土结构耐久寿命的试验研究 篇9
在混凝土中混凝土保护层通常用来保护钢筋。混凝土保护层提供了一个直接侵蚀性介质接近钢筋表面的屏障。此外, 混凝土中的高碱度也防止钢筋锈蚀。在具体环境中, p H值一般在12.5和13.5之间变化。这时将在钢筋表面上产生氧化铁或氢氧化铁, 可用作抗腐蚀的屏障, 但要求钢筋处于耐腐蚀的环境中。在氯盐环境中, 氯离子慢慢地通过混凝土保护层迁移到钢筋表面。当混凝土中的氯离子浓度超过临界值时, 钢筋上面的保护层就被破坏, 钢筋将开始腐蚀。锈蚀产物的体积膨胀最终导致混凝土保护层出现裂缝 (或剥落) , 如果开裂 (或剥落) 未做修复, 钢筋截面积的损失将增加, 并且该构件的承载能力将降低, 直至达到最低安全限度。
1以往关于剩余寿命的试验研究了
在以往的试验研究中, 最常用的电流密度介于0.003和3m A/cm2的。也观察到一些例外情况 (用恒定超电势代替恒定电流密度) 。只有一个实验从暴露在热带海洋环境中的试件中研究出了结果。暴露的时间也各不相同, 从几个小时到数以百计的天数加速腐蚀和在真正的海洋环境中放置几个月, 在测量截面损失的百分比和被腐蚀的面积中是有很大差异的。
Tachibana等 (1990) 在日本研究的实验中, 一共有14根15×20×200cm的梁在四点加载下实验 (荷载间距为15cm) 。5个较小的15×20×5cm的板也进行了冲压剪试验。梁没有配置抗剪钢筋, 但是配有2根4号纵向钢筋。板也配有4根4号钢筋。混凝土抗压强度的假定为36MPa。所有的试件, 除了比照的, 采用了阳极电流密度为0.5m A/cm2进行3, 6, 10和15天的腐蚀。试件完全浸在氯化物溶液中 (氯化钠质量浓度为3.5%) 。只有对结构承载能力的了调查, 并没有评定腐蚀参数的实验。报告显示经过15天的电流腐蚀, 梁损失了16%的承载能力, 小板则损失50%的强度结合力;测试后金属损耗的没有记录。
Huang and Yang (1997) 的研究实验中共有32根15×15×50cm的梁, 和以前一样无抗剪钢筋, 但有两根4号弯起钢筋。在水灰比 (W/C) 为0.4和0.3时, 混凝土强度值分别为50MPa和65MPa。当阳极电流密度为5A/mm2 (疑似值) 时, 腐蚀减小。正如日本的实验中, 在当前实验中试件完全浸入在人工海水中。暴露126h (少于1个星期) 。在加速腐蚀速阶段结束后, 每根梁的结构承载能力, 通过在梁上加载一个中心集中荷载来进行估计。结果表明:加速腐蚀后, 抗弯承载力下降48%。在这次调查中裂缝宽度值没有记录。钢筋厚度损失的估计, 通过瞬时腐蚀速率的实时数据 (法拉第转换区域) 求积分得到。没有重量的损失的比较。这些计算做了不到10mm厚度的腐蚀, 与其他调查相比, 这也太小了。
西班牙的Rodiguez (1996, 1997) 等在1995年至1997期间对共有30根梁 (15×20×230cm) 和24根柱 (20×20×200cm) 进行了测试 (10根梁和20根柱对照试验) 。梁中的抗剪钢筋由间距17cm或8.5cm的2号钢筋组成。柱中的抗剪钢筋由间距15cm的2号钢筋组成。混凝土强度估计为35MPa (100天) 和50 MPa (200天) 。为了减少腐蚀嵌入钢筋混凝土中掺入了质量密度3%的氯化钙。在0.1m A/cm2的电流密度下腐蚀大约100天和200天, 腐蚀过程的加速达到了。经过腐蚀加速阶段, 梁上四点加载, 荷载间距为40cm, 随后对梁进行了测试。在腐蚀加速后的阶段, 通过加载轴向荷载, 对柱进行了受压测试。梁内钢筋变化就能获得不同的失效机理 (例如:两根10号钢筋和间距为17cm的2号箍筋一起作用时容易发生拉伸断裂;用四根8号钢筋代替而两根10号钢筋, 以及间距为8.5cm箍筋在一起作用时, 混凝土容易被压坏。在柱中, 要从发生受拉破坏到发生受压破坏, 纵向钢筋就应从4根2号钢筋变化到8根5号钢筋, 箍筋间距为10cm变化到15cm。对照柱的弯矩承载能力大约为37k N·m。在100天的加速腐蚀后, 承载能力减小为26k N·m, 200天后, 承载能力减小为20k N·m。在对照柱中轴压承载能力约为1570k N, 在100, 150, 200天的加速腐蚀后, 抗压承载能力分别减小到1090k N (31%) 1060k N (33%) , 和980k N (38%) 。在所有试件类型中 (梁和柱) 发现结合力也下降了。Rodriguez等人 (1997) 还介绍说平均腐蚀参数, 可以根据金属重量损失, 和实测裂缝宽度值来估计。
Almusallam等在1990年至1997年期间对24根梁 (15×15×100cm) , 54根棱柱 (15×15×15cm) , 8块小板 (31×6×71cm) 进行了拉拔实验。28天的混凝土强度大约在30MPa和45MPa之间。在加速腐蚀阶段后, 对梁, 板进行四点加载测试。研究三个退化阶段:预裂, 开裂, 裂后。在任何情况下构件的承载能力在预裂阶段增加了20% (当质量损失约为2%时) 。该研究提到, 这是在腐蚀阶段钢筋周围的孔隙率降低, 因为在钢/混凝土内部压力应用于混凝土时, 腐蚀产物产填补了钢筋周围的气孔。在开裂和裂后阶段, 构件的承载的能力, 减少到了未腐蚀的对照试件的承载能力的23%~80%。虽然没有裂缝宽度的记录, 但腐蚀参数可以由记录的截面损失百分比间接的估计出来。
固化温度对铅酸蓄电池寿命影响试验 篇10
1 试验
试验设备为蒸汽固化室, 加湿介质是水蒸汽, 加热采用蒸汽、电加温。固化室可以自动控制温度和湿度。试验使用的极板是正常生产的极板, 即从生产线选取两种型号的极板, 高温固化的极板直接进行高温固化室, 对比的极板, 直接进行低温固化室。
1.1 高温固化试验与低温固化、修正后的高温固化参数对比
1.1.1 对比低温固化参数:固化阶段:温度40℃湿度≥95%, 时间48 h;燥阶段:温度80℃湿度≤35%, 时间24 h。1.1.2普通高温固化参数;固化阶段:温度80℃湿度≥95%, 时间24 h;干燥阶段:温度80℃湿度≤35%, 时间24 h。1.1.3修正后的高温固化参数。固化阶段:温度≤80℃湿度>95%, 时间<24 h;干燥阶段:温度80℃湿度<35%, 时间24 h。
1.2 化成方式
低温固化的极板采用正常的两阶段化成。高温固化的极板采用两种方式, 一种同低温化成;另一种增加电量20%。修正的高温固化同样采用两种化成方式, 一种同低温化成;另一种增加电量20%。化成后极板的干燥和后处理方式同低温化成的正常工艺。
1.3 化验和测试方法
1.3.1 成份的化验。采用我司的化验作业指导书, 采用滴定法化验。1.3.2容量的测试和循环寿命试验。测试正极板的容量和寿命时, 采用一片正板和两片负板组成一个单体, 隔板为AGM;电解液为富液, 电解液密度为1.3g/cm3。1.3.3放电。极板的初期容量和循环寿命均为1C放电, 放电电流如下所述, 终止电压为1.70V。循环寿命试验, 容量低于10分钟时, 停止试验。型号:TS1.5, 额定容量1.50Ah, 放电电流1.50A;型号:C1.7, 额定容量1.70Ah, 放电电流1.70A。1.3.4放电后补充电。按标称容量约1.5倍电量充电, 充电时间为10小时。循环寿命方法相同。
2 试验结果
2.1 极板的成份化验结果 (表1) 。
2.2 极板的初始容量 (表2) 。
2.3 极板试验的循环寿命
TS1.5正极板, C1.7正极板、循环寿命图形分别见图1和图2。
2.4 寿命结束后外观分析及活物质感官状况
2.4.1 高温固化后的TS1.5极板, 有些脱落, 极板表面有些软化, 活性物质中间有硬芯。2.4.2修正的高温固化TS1.5极板, 极板正常, 表面层次清晰, 颗粒状均匀。
3 分析与结论
3.1 采用高温固化的正极板Pb O2, 明显偏低, 性能不好, 初期容量较低, 循环寿命较低, 原因是固化过程中形成了较多的4Pb O·PbSO4, 晶格较大, 化成较困难, 形成Pb O2颗粒较大。
文献1提到:采用温度75±5℃, 湿度大于95%, 固化24h的极板, Pb O2含量为61.4%, 而温度为45±5℃, 固化36h的极板Pb O2含量为82.4%, 这表明高温固化Pb O2含量明显偏低, 因此高温固化会降低Pb O2含量。
3.2 从图1、图2可以看出, 普通高温固化极板的寿命较短, 修正高温固化极板的寿命较长。普通高温固化主要是采用温度80℃, 相对湿度大于95%, 时间24h的高温固化, 使极板形成过多的4Pb O·Pb SO4, 结晶颗粒粗大, 使结构产生了变化, 影响了寿命。
修正的高温固化减少了高温固化的强度, 使活物质在固化过程中, 形成合适的4Pb O·Pb SO4含量, 晶格合理, 极板寿命明显提高。相对于低温固化来说, 修正的高温固化形成的极板强度有所提高, 同时又克服了普通高温固化形成较多4Pb O·Pb SO4的倾向, 结晶不过于粗大, 因经效果良好。根据文献2、3, 高温固化生极板中, 含有大量针状晶体, 低温固化的生极板中也有类似的针状晶体, 数量较少。高温固化的生极板中结晶颗粒连接良好, 能稳定电极结构。
通过以上的分析, 可以看出, 笼统的高温固化不一定能提高循环寿命, 有时不仅寿命降低, 而且容量也降低。合适的参数和条件是保证高温固化实施和提高蓄电池性能的前提。不同的和膏工艺, 需要试验适合的高温固化工艺参数只有合适的工艺下, 才能确保延长极板的寿命。
参考文献
[1]太宽善等.正极铅膏和板栅含量对循环寿命的影响[J].蓄电池, 2006 (1) :3-6.
[2]阎新华, 史鹏飞.铅酸蓄电池固化条件的研究[J].蓄电池, 2003 (3) :104-109.
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