Разработка метрологического обеспечения процесса диагностирования свободного хода тормозной педали и педали сцепления

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине

«Методы и средства диагностирования автотранспортных средств»

Разработка метрологического обеспечения процесса диагностирования свободного хода тормозной педали и педали сцепления

1. Общие принципы выбора СИ

2. Выбор СИ по коэффициенту уточнения

3. Выбор СИ с учетом безошибочности контроля и его стоимости Выводы Список литературы

Объектом диагностирования в данной работе являются педали тормоза и сцепления. Необходимо разработать метрологическое обеспечение процесса диагностирования свободного хода педалей тормоза и сцепления

Оптимизация выбора измерительных средств диагностирования

Цель работы: Знакомство и изучение общих принципов выбора средств измерений (СИ) для диагностирования автотранспортных средств (АТС), а также выбор СИ по коэффициенту уточнения и с учетом безошибочности контроля и стоимости СИ.

1. Общие принципы выбора СИ

При выборе СИ учитывают совокупность метрологических (цена деления, погрешность, пределы измерений, измерительное усилие), эксплуатационных и экономических показателей, к которым относятся: массовость (повторяемость измеряемых размеров) и доступность их для контроля; стоимость и надежность СИ, метод измерения; время, затрачиваемое на настройку и процесс измерения; масса, габаритные размеры, рабочая нагрузка; жесткость объекта контроля, шероховатость его поверхности; режим работы и т. д.

Вот некоторые общие принципы выбора на основании накопленного опыта сводятся к следующим положениям:

I. Для гарантирования заданной или расчетной относительной погрешности измерения ди относительная погрешность СИ дси должна быть на 25 — 30% ниже, чем ди (т.е. дси = 0,7ди). Если известна приведенная погрешность ги измерения, то приведенная погрешность СИ

где х и хN — результат измерения и нормированное значение шкалы СИ.

II. Выбор СИ при диагностировании АТС зависит от количества находящихся в эксплуатации однотипных объектов, подлежащих контролю или измерению, а также объема необходимой измерительной информации и обеспечения безопасности.

III. При выборе СИ по метрологическим характеристикам учитывают:

1) если параметр диагностирования неустойчив или имеет большую вариацию при переходе от объекта к объекту (типа АТС), т. е. возможны существенные отклонения измеряемого параметра за пределы поля допуска, то нужно, чтобы пределы шкалы СИ превышали диапазон рассеяния значений параметра;

2) цена деления шкалы должна выбираться с учетом заданной точности измерения. Например, если размер нужно контролировать с точностью до 0,01 мм, то и СИ нужно выбирать с ценой деления 0,01 мм, так как СИ с более грубой шкалой внесет дополнительные субъективные погрешности;

3) поскольку качество измерения определяется величиной относительной погрешности д=(±?/х)· 100%, т. е. с уменьшением х величина д увеличивается (качество измерения ухудшается). Следовательно, качество измерений на разных участках шкалы неодинаково.

Поэтому при измерениях рабочий участок шкалы СИ должен выбираться по правилу: относительная погрешность в пределах рабочего участка шкалы не должна превышать приведенную погрешность более чем в 3 раза (д?3г). Из этого правила следует: а) при односторонней равномерной шкале с нулевой отметкой в ее начале рабочий участок занимает последние две трети длины шкалы; б) при двусторонней шкале с нулевой отметкой посредине — последнюю треть каждого сектора; в) при шкале без нуля рабочий участок может распространяться на всю длину шкалы.

В пределах рабочего участка шкалы наибольшая возможная абсолютная погрешность равновероятна на всех отметках. Таким образом, при выборе СИ важно определить рабочий участок шкалы и цену ее деления. Последняя зависит от класса точности СИ и числа nq ступеней квантования.

IV. К регистрирующей аппаратуре предъявляются следующие основные требования:

— сигнал, проходящий через СИ, должен сохранять необходимую информацию, не подвергаться искажению и отделяться от помех;

— СИ должны потреблять минимум энергии от объекта измерения и их подключение не должно нарушать его нормальной работы. Особые требования предъявляются к точности и чувствительности СИ, так как эти низкие показатели сведут на нет все усилия по повышению точности измерений;

— СИ должен иметь достаточный объем для регистрации всех необходимых значений параметра;

— СИ должен обеспечивать получение информации в необходимые сроки.

Если СИ не может одновременно удовлетворять всем предъявляемым требованиям, то выбираются наиболее важные из них, позволяющие наилучшим образом справиться с выполнением поставленной задачи.

2. Выбор СИ по коэффициенту уточнения

Это самый простой способ, предусматривающий сравнение точности измерения и точности функционирования объекта контроля. При выборе СИ данным способом предусматривается введение коэффициента точности (уточнения) Кт при известном допуске на параметр Т

Ттп =2,5ммTпс=1,5 мм

F=25±1,25F=15±0,75

(1.1)

(1.2)

где R — относительная погрешность метода измерений, которая равна 0,3

тогда

Предел основной допускаемой погрешности СИ находят по формуле

?д=Т/2,6Кт=RT/1,3??си

?д=0,3*25/1,3=5,8 мм — для педали сцепления

?д=0,3*15/1,3=3,5 мм — для педали тормоза

Так как наиболее широкое распространение получило нормирование класса точности СИ по приведенной погрешности, то результат представляем в виде приведенной погрешности

.-для педали сцепления

. — для педали тормоза

где Xmax — максимальное значение измеряемой величины.

3. Выбор СИ с учетом безошибочности контроля и его стоимости

Выбор СИ с учетом безошибочности контроля и его стоимости осуществляется как метод оптимизации по критериям точности (классу точности г или абсолютной предельной погрешности ДСИ) СИ, его стоимости ССИ и достоверности измерения. Целевая функция G, определяющая минимум вероятности неверного заключения Рн. з=РI+РII и минимум стоимости при оптимальном классе точности, имеет вид

G = min [Рн.з/Рн.з0 + С/С0],

где С/С0 — относительное значение стоимости СИ, С0 — соответственно максимальное значение стоимости СИ, Рн. з/Рн.з0, Рн. з0 — относительная и максимальная вероятности неверного заключения.

Расчетные значения вероятностных показателей средств измерения свободного хода педалей

Из графика видно, что оптимальное значение точности СИ для измерения свободного хода педалей соответствует классу точности 0,5.

Разработка методики выполнения измерений

Цель работы: Получение практических навыков разработки МВИ диагностируемых параметров.

Основные положения:

МВИ определяют качество измерений, разрабатываются и применяются с целью обеспечения измерений физических величин с точностью, правильностью и достоверностью, удовлетворяющих регламентированным для них нормам. Аттестация МВИ и контроль реализаций МВИ являются конечными этапами метрологической деятельности, направленной на обеспечение единства измерений. К применению допускаются реализации аттестованных МВИ.

1. Формирование исходных данных для разработки МВИ

Исходные данные для разработки МВИ включают:

— назначение МВИ;

— характеристики измеряемой величины;

— нормы точности и правильности измерений;

— условия измерений;

— характеристики объекта измерений.

Назначение МВИ: измеряемая величина — свободный ход тормозной педали и педали сцепления

Характеристики измеряемой величины: свободный ход тормозной педали должен находиться в пределах

От 10 до 15 мм для педали тормоза

От 20 до 25 мм для педали сцепления

В качестве норм точности: предел основной допустимой погрешности СИ свободного хода педалей тормоза и сцепления не должен превышать 0,5 мкм

Условия измерения:

Нормальные значения основных влияющих величин (по ГОСТ 8.050−73)

Температура окружающей среды 20єС (по ГОСТ 9249–59).

Атмосферное давление 101 324,72 Па (760 мм. рт. ст.).

Относительная влажность окружающего воздуха 58%

Направление линии измерения линейных размеров до 160 мм у наружных поверхностей — вертикальное, в остальных случаях — горизонтальное.

2. Документ на МВИ должен содержать вводную часть и разделы, расположенные в следующем порядке (табл. 1).

Таблица 2.1

Методы поверки СИ и локальные поверочные схемы

Цель работы: Изучение общих принципов построения локальных поверочных схем и способов графического изображения ступеней передачи размера единицы измерений, получение практических навыков разработки локальной поверочной схемы и изучение методов поверки СИ, а также определения погрешностей СИ.

Методы поверки СИ

Поверку можно осуществить различными методами.

Метод непосредственного сличения без промежуточных приборов довольно прост и широко используется при поверке СИ невысокой точности: штриховых мер длины (линейки, рулетки); мер вместимости (мерные колбы, бюретки); приборов для непосредственного измерения тока, напряжения, частоты; СИ механических величин и т. д. При этом одна и та же физическая величина Х измеряется поверяемым СИ и рабочим эталоном (РЭ). Разность их показаний ?=ХСИ-ХРЭ является абсолютной погрешностью поверяемого СИ. Приводя ее к нормирующему значению ХN, получают приведенную погрешность СИ г=(?/ХN)· 100%. Нормирующее значение ХN для СИ с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой устанавливается равным большему из пределов измерений или большему из модулей пределов (для СИ с нулем отсчета внутри диапазона измерений). Для СИ, в которых принята шкала с условным нулем ХN устанавливают равным модулю разности пределов измерений. Для СИ с существенно неравномерной шкалой ХN устанавливается равным длине шкалы или ее части. Относительная погрешность определяется по формуле: д=(?/ХСИ)· 100%.

Этот метод может реализовываться двумя способами:

1) регистрацией совмещений. При этом указатель поверяемого прибора путем изменения входного сигнала совмещают с проверяемой отметкой шкалы, а погрешность определяют расчетным путем как разность между показанием поверяемого прибора и действительным значением, определяемым по показаниям рабочего эталона.

2) отсчитыванием погрешности по шкале поверяемого прибора. При этом номинальное для поверяемой отметки шкалы значение размера физической величины устанавливают по РЭ, а погрешность определяют как разность между проверяемой отметкой поверяемого СИ и его указателем.

Метод сличения с помощью компаратора (прибора сравнения) более точен и позволяет косвенно сравнить две однородные или разнородные физические величины методами противопоставления или замещения. Сам по себе компаратор не содержит образцовых мер или СИ. Наиболее широкое распространение имеют следующие компараторы: образцовые весы — для поверки гирь; мосты переменного и постоянного тока — для поверки электрических емкостей, индуктивностей, сопротивлений; потенциометры — для поверки ЭДС. Основные требования к компараторам — высокая чувствительность и стабильность.

Метод прямого измерения в соответствии с которым СИ могут быть поверены прямым измерением поверяемым СИ величины, воспроизводимой образцовой мерой.

Как и при поверки методом непосредственного сличения, определение основной погрешности поверяемого СИ проводят двумя способами:

1) изменением размера меры до совмещения указателя поверяемого СИ с поверяемой отметкой с последующим определением абсолютной погрешности? как разности между показанием СИ ХСИ и действительным значением меры ХРЭ. Реализация данного способа может быть осуществлена только при наличии магазина мер, позволяющего достаточно плавно изменять воспроизводимую им физическую величину.

2) предварительной установкой размера меры ХРЭ, равного номинальному для данного показания поверяемого СИ и последующим отсчетом показания ХСИ по его отсчетному устройству и определением погрешности? как разности ХСИ-ХРЭ.

Метод косвенных измерений заключается в использовании прямых измерений и соответствующего пересчета окончательной погрешности в соответствии с известной функциональной зависимостью. При этом необходимо учитывать, что конечный результат всегда содержит составляющие погрешности косвенного измерения.

Локальные поверочные схемы

Поверочные схемы устанавливают систему передачи размера единицы физической величины от государственного эталона или исходного рабочего эталона рабочим СИ.

Поверочные схемы в зависимости от области распространения подразделяются на государственные, ведомственные и локальные. Локальная поверочная схема, разрабатываемая подразделением метрологической службы (МС) предприятия, проводящим поверку, распространяется на СИ, поверяемые в данном органе государственной или ведомственной МС. Локальную поверочную схему разрабатывают в качестве нормативно-технического документа предприятия (организации) после ее согласования с территориальным органом государственной МС. Поверочная схема должна включать не менее двух ступеней передачи размера единицы. Она должна оформляться в виде чертежа.

На чертеже локальной поверочной схемы должны быть указаны:

— наименование СИ и методов поверки;

— номинальные значения или диапазоны значений физических величин;

— допускаемые значения погрешностей СИ;

— допускаемые значения погрешностей методов поверки.

Локальная поверочная схема измерительной линейки

Примечания:

L — числовое значение длины в метрах д` - погрешность передачи размера единицы измерение поверка диагностика автотранспортный

Разработка методики поверки средств технической диагностики АТС

Цель работы: Получение практических навыков разработки методики поверки СИ.

Основные положения:

Поверка — это операция, заключающаяся в установлении пригодности СИ к применению на основании экспериментально определяемых характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям.

Поверка выполняется метрологическими службами, которым дано на это право. Средство измерений, признанное годным к применению, оформляется выдачей свидетельства о поверке, нанесением поверительного клейма или иными способами, устанавливаемыми НТД.

Измерительные линейки могут быть поверены путем измерения воспроизводимой мерой величины измерительными приборами соответствующего класса точности. В этом случае поверка часто называется градуировкой. Градуировка — нанесение отметок на шкалу, соответствующих показаниям образцового СИ или же определение по его показаниям уточненных значений величины, соответствующих нанесенным отметкам на шкале рабочего СИ.

Оптимизация межповерочных интервалов СИ

Цель работы: Знакомство и изучение общих принципов оптимизации межповерочных интервалов (МПИ) СИ диагностических параметров АТС, а также оптимизация МПИ СИ по трем возможным ситуациям при использовании технического критерия.

Общие положения

Для обнаружения скрытых метрологических отказов производят поверки СИ через определенные МПИ.

Очевидно, величина МПИ должна быть оптимальной, так как частые поверки связаны с материальными и трудовыми затратами по их организации и проведению, изъятию СИ из технологического процесса, а редкие — могут привести к повышению погрешности измерений из-за метрологических отказов СИ.

Рабочие СИ подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору подвергаются обязательной государственной поверке и имеют вполне определенные МПИ. Периодичность же поверок СИ, обслуживаемых ведомственной МС, должна устанавливаться ведомствами на соответствующей методической основе и базироваться на определенных критериях.

Все методы расчета МПИ можно разделить по подходу на экономические и технические, а по используемому математическому аппарату — на вероятностные и детерминированные. Возможны и комбинации этих методов: экономические вероятностные, экономические детерминированные, технико-экономические вероятностные.

При техническом подходе МПИ, как правило, устанавливают на основе статистических данных о надежности СИ в условиях реальной эксплуатации. Расчетное значение МПИ можно оценить по формуле

(5.1)

где Т0 — наработка СИ на отказ; РДОП — допускаемая вероятность безотказной работы СИ по метрологическим отказам (РДОП =0,85; 0,90; 0,99).

Оценку правильности назначенного МПИ производят с доверительной вероятностью 0,8:

(5.2)

(5.3)

Р — статистическое значение вероятности безотказной работы, N — количество СИ однородной группы, n — количество СИ, забракованных по скрытым метрологическим отказам в течение МПИ.

Если условие не выполняется, то очередной МПИ корректируется по уравнению

(5.4)

где .

Если из статистического анализа известны параметры потока метрологических отказов в период работы лt и в период хранения лх, то можно ввести уточнение первого МПИ как

где Т0 — наработка на отказ; ТФ — фактическая наработка СИ за МПИ; tK — календарное (нормированное в НТД на конкретное СИ) значение МПИ.

Очевидно, для повышения достоверности расчетов и установления единого МПИ для данного средства технического диагностирования (СТД) следует найти функцию, в которой определены как экономические, так и технические показатели с учетом характеристик эксплуатационной надежности.

Расчетные значения МПИ приводят в соответствие с нормированным рядом: 0,25; 0,50; 0,75; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 6,0; 9,0; 12,0 ЧК (в месяцах), где К — целое положительное число. Этот ряд справедлив как для работающих СИ, так и для СИ, находящихся на хранении.

При использовании технического критерия рассмотрим три возможные ситуации, обусловленные характером и объемом известных данных.

I. Вид функции РМ (t) — вероятности отсутствия метрологического отказа — установлен.

Пример. Для однородной группы СИ (N =80 шт.) определить МПИ, если лМ = год-1 — параметр потока метрологических отказов. При неизвестном значении Q — допускаемой вероятности метрологических отказов она обычно задается на уровне Q = 0,15.

Решение. Учитывая, что Q = 1-РДОП, а лМ = 1/Т0, получим из уравнения (5.1) расчетное значение МПИ По истечении установленного срока все СИ однородной группы были подвергнуты поверки, при этом из 100 шт. приборов было забраковано 20 шт. Согласно формуле (5.3) определяем статистическое значение

.

Согласно соотношению (5.2) определяем необходимость корректировки МПИ:

0,81?Р?0,89

Статистическое значение Р=0,80 выходит за пределы полученных границ. Следовательно, МПИ (tМИП=1,5 года) был назначен неверно и по результатам проведенной поверки подлежит коррекции.

По формуле 5.4 определяем МПИ с учетом коэффициента коррекции

II. Функция РМ (t) неизвестна, но имеется информация о явных и скрытых отказах, полученных путем статистических исследований достаточно большой партии СИ. При этом определены: n — число отказавших СИ за время t (МПИ установленный в НТД на конкретные однородные СИ) и доля m метрологических отказов в общем их числе.

Тогда при заданном Q

(5.5)

Выводы

В ходе данной работы было разработано метрологическое обеспечение процесса диагностирования свободного хода педалей сцепления и тормоза. Выбрано средство диагностирования — измерительная линейка, определены её характеристики и параметры, разработана методика выполнения измерений. Поверка данного СИ, локальная поверочная схема.

1. ГОСТ 427–75 «Линейки измерительные металлические. Основные параметры и размеры. Технические требования.»

2. ГОСТ 8.020−75 «Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений длины.»

3. ГОСТ 8.050−73 «Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.»

4. Сергеев А. Г., Крохин В. В. Метрология: Учебное пособие для вузов.-М.:Логос, 2009.-408 с.

5. Сергеев А. Г. Метрологическое обеспечение эксплуатации технических систем: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГОУ, 2010.

6. Немков В. А., Нуждин Р. В., Овчинников В. П. Технологическое обслуживание и ремонт автомобилей. Справочное пособие/ВлГУ.Владимир, 2012,100с.