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变频空调系统可靠性研制试验

2019-10-30 17:14
可靠性杂坛
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可靠性研制试验(Reliability Development Test)通过向受试产品施加应力,将产品中存在的缺陷激发成为故障,并在进行故障定位后,采取纠正措施加以排除,是一个试验-分析-改进-试验的过程。可靠性研制试验一般包括可靠性增长摸底试验和可靠性强化试验,本节着重介绍可靠性增长摸底试验。

一、可靠性增长摸底试验的目的

可靠性增长摸底试验作为可靠性研制试验的一种,主要方法是模拟实际使用的综合应力条件,用较短的时间和费用暴露产品的潜在缺陷,并及时采取纠正措施,保证产品具有一定的可靠性,同时为后续的寿命试验、可靠性增长试验、加速寿命试验等提供信息。可靠性增长摸底试验是一种以可靠性增长为目的,无增长模型也不确定增长目标的短时间可靠性增长试验。

二、与可靠性增长试验的区别

在产品的研制过程中,其可靠性不可能一次性达到规定的要求,是一个不断试验、不断分析和改进的过程,在这一过程中通过各种试验来暴露产品的可靠性缺陷,故从暴露缺陷的角度出发可靠性增长试验可作为可靠性研制试验的一部分。

可靠性研制试验和可靠性增长试验的目的均是为了提高产品的可靠性,但两者在试验方法和开展时期等方面是有差异的。首先,可靠性研制试验一般在研制初期和中期进行开展,而可靠性增长试验在研制中后期开展。其次,相对于可靠性增长试验,可靠性研制试验无定量目标要求,也无定量评估产品可靠性水平的要求。

三、试验验证思路

空调的可靠性研制试验包含选取试验对象、确认试验剖面、确认试验方案和时间、试验台建设或选取、监控试验情况和故障判据及处理等流程,可靠性研制试验流程图如图1所示。

图1 可靠性研制试验流程图

四、试验对象选取

任何一个空调的研发过程中都不可能对空调所有部分进行可靠性增长试验,因此必须综合权衡产品本身的结构特点、重要度、技术特点、复杂程度以及经费的多少等因素来确定可靠性研制试验的对象。可靠性研制试验一般以较为复杂、重要程度较高和无继承性的新研发空调作为主要试验对象,受试产品一般为1~2件。

五、试验应力

在制订试验方案时,对产品施加的应力及应力水平,应按照实测应力—估计应力—参考应力的顺序来选取。当有充足的实测数据时,应该优先选取实测应力。为了减少试验样本,同时充分地从这些样本中获取尽可能多的信息,各种应力类型的试验顺序必须遵循这样的原则:先试验破坏性比较弱的应力类型,再试验破坏性比较强的应力类型。

确定试验条件应考虑实际使用条件下不同应力因素引起故障的可能性,对于大多数机电产品而言,GJB 899A—2009 推荐试验中施加的环境应力主要有温度、湿度、振动等,因为上述环境应力对产品的可靠性影响最大。

可靠性试验是将环境条件、工作条件和使用维护条件按照一定的关系和一定的循环次序反复施加到受试产品上,通过对试验中发生的故障进行分析并采取措施,使受试产品的可靠性得到提高,或者做出受试产品是否合格的判断。正确选择试验条件是产品可靠性试验结果能否真实反映产品可靠性的重要因素。

试验应力是指进行可靠性试验时对产品施加的环境应力和工作应力。常见的环境应力类型如图2所示。

图2 常见的环境应力类型

产品在实际使用中往往同时包含多种环境应力和工作应力,从而形成综合性的应力条件,在选取试验应力时需考虑综合应力。通过施加综合试验应力的方法得出的可靠性特征值最接近现场使用的可靠性特征值。比如高温和盐雾,高温将增大盐雾所造成的锈蚀的速度;沙粒及粉尘对水具有自然吸附性。

六、试验剖面

试验剖面应根据产品的实际使用条件进行模拟制订,应包括环境条件、工作条件和使用维护条件。

根据空调的基本任务剖面(不同环境温度范围的制冷和制热)和环境剖面(工作温度范围、温度持续时间和变化速率),建立空调系统运行试验剖面,如图3所示。温度范围包含空调宣称和实际使用的全部制冷和制热范围,湿度主要考虑制冷对内机结霜的影响和制热对外机结霜的影响,结合空调系统的原理,试验湿度选取见表1。

图3 空调系统运行试验剖面图

表1试验运行剖面对应的湿度应力条件

七、试验时间

应根据以往相似产品试验或使用时的故障发生情况,以及新研发产品在设计中的可靠性工作开展情况,确定产品可靠性增长摸底试验的试验时间。

根据我国目前产品的可靠性水平及工程经验,可靠性增长摸底试验的试验时间通常在100~200h较为合理,北京航天航空大学可靠性综合重点实验室对1998—2008年的各种可靠性试验进行统计分析,发现 48.7%的故障发生在试验的前 100h 内,66.4%的故障发生在试验的前200h内,12.5%的故障发生在试验的最后10%的时间内,试验的中间阶段故障很少。根据图3的试验剖面,一个周期50h,共做3个循环周期,试验总时间约为150h。

八、试验台的建设或选取

试验应力需在同一试验时间和空间内施加,采取综合试验应力的方法,试验台和相关设备的控制及检测如图4所示,空调系统能够模拟实际使用中不同环境的温/湿度条件和电源条件,同时能够模拟安装和监控运行过程中的机组振动和应变情况,便于可靠性试验及寿命试验的分析。试验台及采集设备如图5所示。

图4 试验台和相关设备的控制及检测

图5 试验台及采集设备

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