Разработка методики экспериментальных исследований и подготовка экспериментального образца машины к испытаниям

Для подтверждения правильности и точности результатов теоретических исследований, с последующим уточнением, либо переработкой методик инженерного расчета или оптимизации параметров металлургических машин организуются и проводятся экспериментальные исследования.

Сложность экспериментальных исследований состоит в том, что они требуют огромной организационной и материально-технической подготовки. Для их проведения нужен во-первых специально запроектированный, изготовленный и подготовленный к экспериментам объект исследований (узел, макет, модель, лабораторный, либо экспериментальный образец машины)

Во-вторых подбирается и готовится измерительная и регистрирующая аппаратура, разрабатывается методика измерения и записи измеряемых параметров.

В-третьих разрабатывается методика анализа и обработки результатов измерений и их использования для вывода экспериментальных зависимостей технических показателей машины и критериев ее оценки в виде статически обоснованных уравнений (регрессий) с оценкой их достоверности и уровня значимости.

Проектируется специальный экспериментальный образец машины, отличающийся от обычной машины тем, что в нем заранее предусматривается возможность изменения параметров в зависимости от значений которых проводятся исследования характера и йййййййй работы машины; при проектировании предусматривается возможность измерений интересующих исследователей параметров: ускорений, скоростей, перемещений, интенсивностей и характера изменений взаимодействий силовых элементов, мощностей, деформаций и т.п. Для этого предусматривается заранее возможность установки датчиков, доступность установки измерительных устройств и систем, причем все это продумывается и делается таким образом, чтобы не ввести существенны искажений в конструкции машины и изменений характера ее работы и выполнения своего функционального назначения Предусматривается возможность прокладки и закрепления проводов, трубопроводов, тросов и др. элементов измерительных и регистрирующих устройств с учетом передачи сигналов с движущихся, в том числе и с вращающихся элементов машины на регистрирующие и записывающие устройства системы. Контролируется изготовление и исследуется каждая важная деталь и узел машины на соответствие проекту и техническим условиям изготовления и сборки.

Все перечисленное невозможно сделать без предварительной разработки методики экспериментальных исследований.

Основой для разработки этой методики служит подробное описание работы машины, диаграммы вращения и взаимодействия ее элементов и все результаты предварительных теоретических исследований. Анализ проведенных теоретических исследований позволяет установить их слабые места, а именно те, где в процессе разработки математической модели и выборе условий однозначности делались упрощения и допущения, основанные не на ранее проведенных опытах, не на использовании законов природы, а ни интуиции, гипотезах, предложениях и мнении ученого.

В методике экспериментальных исследований предусматривается раскрытие указанных выше неопределенностей, выявления истинных значений интуитивно принятых условий однозначности, истинного характера протекающих процессов, степени значимости ошибок, внесенных упрощениями и допущениями, определения статистически обоснованных поправочных коэффициентов, позволяющих сделать приемлемыми результаты теоретических исследований, либо ставится задача на получение экспериментальных регрессий, если по каким-либо причинам использование теоретических формул оказывается нецелесообразным или затруднительным.

Наряду с этим планируются исследования, дублирующие теоретические исследования на экспериментальном уровне. Это делается для проверки или подтверждения правильности теоретических исследований.

На основе результатов теоретических исследований с учетом реальных технических возможностей эксперимента выбирается и назначается диапазон изменения варьируемых в процессе эксперимента параметров и шаг их изменения. При этом учитывается и возможность достаточно точного определения и фиксации этих параметров в процессе эксперимента.

В соответствие с результатом теоретических исследований определяется шаг ожидаемых изменений измеряемых параметров и по этому шагу подбирается измерительная и регистрирующая аппаратура для измерения каждого из параметров.

Выполняется расчет необходимого числа измерений и опытов и составляется план и график проведения испытаний. При этом учитываются все работы по сборке и разборке машины в целом и ее элементов с целью вариации переменных в процессе опытов.

Если оказывается, что число опытов, необходимое для полного исследования машины, оказывается, в соответствии с планом экспериментов, настолько велико, что стоимость исследований выходит за пределы здравого смысла, то принимаются методы рационального планирования экспериментов, позволяющие при сокращении числа опытов в 10... 100 раз получать достаточно надежные результаты Обычно при этом довольно существенно усложняется методика статистической обработки результатов эксперимента и возникает достаточно сильная необходимость с выявлением действительного влияния каждого из варьируемых параметров в отдельности, т.к. например, при использовании при планировании экспериментов метода наименьших квадратов каждый из опытов производится при вариации сразу 4-х и более параметров одновременно. В связи с этим степень влияния изменения каждого из параметров выявляется в процессе статистической обработки результатов измерений при одновременном варьировании всего сочетания множества параметров. Это с учетом ошибок измерений и влияния случайных факторов, в том числе и субъективного характера, может сильно исказить результаты исследований.

Однако трудности экономического обеспечения испытаний заставляют идти на использование методов рационального планирования экспериментов, совершенствование которых дает все более положительные результаты.