Phương pháp thử nghiệm xác định tuổi thọ cho thiết bị ô tô

Các phương pháp thử nghiệm thông thường giúp đảm bảo sản phẩm có thể hoạt động tốt khi đưa vào sử dụng, nhưng chúng có thể hoạt động tốt trong khoảng thời gian bao lâu? Có đủ để đáp ứng nhu cầu khách hàng không?

Nếu thử nghiệm theo phương pháp thông thường sẽ mất rất nhiều thời gian, do đó cần một phương pháp có thể xác định nhanh hơn, tăng tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường.

Nội dung

---

Việc đưa các sản phẩm ô tô ra thị trường trong thời gian ngắn, với chi phí thấp hơn, độ tin cậy cao hơn là điều vô cùng quan trọng đối với Siemens North American Motor Operations (NAMO) đặt tại London, Ontario, Canada. Siemens NAMO là công ty hàng đầu trên toàn thế giới về sản xuất hệ thống / hệ thống truyền động động cơ điện và động cơ điện / hệ thống quạt cho các nhà sản xuất ô tô Bắc Mỹ, Châu Âu và Châu Á.

Trong vòng chưa đầy hai năm, Siemens đã thực hiện thành công việc chuyển giao công nghệ cho một chương trình thử nghiệm lão hóa gia tốc do Công nghệ Kỹ thuật Độ tin cậy Tiên tiến (ARET) phát triển. Bằng cách sử dụng chương trình quy trình và mô hình máy tính ARET, Siemens đã giảm đáng kể thời gian thử nghiệm độ bền (thử nghiệm rung xóc, thử nghiệm nhiệt, độ độ ẩm) mà không cần đến thiết bị chuyên dụng cso chi phía quá cao.

Mục đích của việc xác định tuổi thọ thiết bị

Quá trình lão hóa nhanh, khi được áp dụng đúng cách, tạo ra cùng một loại tác động như được xác định trong quá trình thử nghiệm độ bền thông thường. Bằng cách cho phép kỹ sư thiết kế rút ngắn tuổi thọ của sản phẩm chỉ trong vài ngày, các vấn đề liên quan đến thiết kế và quy trình có thể được khắc phục kịp thời. Quá trình lão hóa tăng tốc có thể cho phép thực hiện một số lần lặp lại thiết kế, mỗi lần có xác nhận thử nghiệm, được thực hiện trong vài tuần. Sản phẩm có thể được đánh xác chính xác trước khi đưa ra thị trường. Tỷ lệ sai sót có thể được giữ ở mức dưới 0,5% mà không cần đầu tư chí phí cho việc thiết kế quá cao.

Trước đây, kiểm tra độ bền, chất lượng hoặc độ tin cậy thường tuân theo môi trường mô phỏng thông thường, trong đó các hệ thống tiếp xúc với môi trường trong giới hạn hoạt động dự kiến ​​của chúng. Thử nghiệm lão hóa cấp tốc cho sản phẩm trong môi trường vượt quá giới hạn thiết kế. Điều quan trọng cần lưu ý là chúng không xâm phạm vào các vùng hủy của hệ thống. Tất cả các môi trường thử nghiệm đều nằm trong vùng cho phép của thiết kế - vùng mà sản phẩm bị căng nhưng có thể hoạt động mà không bị hư hỏng vĩnh viễn.

Tất cả phần cứng già đi như một chức năng của môi trường mà nó tiếp xúc trong cuộc sống bình thường của nó. Thử nghiệm phơi nhiễm trùng lặp với môi trường sử dụng được phân loại là thử nghiệm mô phỏng. Đây là những điều hữu ích nhưng cực kỳ tốn thời gian.

Để xác nhận độ tin cậy của sản phẩm một cách có hiệu quả, thiết bị phải chịu sự điều chỉnh của môi trường khiến thiết bị vượt quá giới hạn thiết kế bên ngoài. Quá trình lão hóa tăng tốc này đảm bảo rằng sản phẩm sẽ không bị xuống cấp khi sản phẩm già đi.

Ví dụ, hãy xem xét một chiếc xe được bảo hành 50.000 dặm. Với tốc độ trung bình 30 dặm một giờ, chạy 24 giờ một ngày, thời hạn bảo hành là khoảng 70 ngày. Những người lái xe tải đường dài muốn một chiếc xe hoạt động không hỏng hóc trong 2.000.000 dặm. Với tốc độ trung bình 50 dặm một giờ, 24 giờ một ngày, đây là 4,6 năm. Các kỹ sư không được phép 70 ngày và chắc chắn không phải 4,6 năm để xác nhận thiết kế của họ. Sự cần thiết phải xác nhận sự tha thứ của thiết kế đã khiến Siemens NAMO áp dụng chương trình lão hóa nhanh của mình.

Quy trình hực hiện

Quá trình lão hóa tăng tốc đối tượng các bộ phận hoặc cụm lắp ráp để kiểm tra môi trường:

Vượt quá giới hạn thiết kế. Sao chép các lỗi bất thường thường thấy trong quá trình hoạt động. Không xâm phạm vào vùng hủy.

Vì tất cả các sản phẩm già đi theo chức năng của môi trường sử dụng, chúng có các yếu tố lão hóa khác nhau do vị trí đặt bên trong xe và cách chúng được bảo dưỡng. Vì ô tô có ít nhất năm môi trường sử dụng khoang động cơ, dưới táp-lô, khoang hành khách, thùng xe và khung gầm cần thử nghiệm gia tốc Siemens NAMO để xác định yếu tố lão hóa cho từng sản phẩm trong môi trường sử dụng. Sau đó, dựa trên hệ số lão hóa được tính toán, một cấu hình được phát triển vượt quá môi trường sử dụng.

Nhiều thành phần sẽ có tuổi thọ hơn 60 năm trong môi trường thân thiện nếu không bị xuống cấp do mài mòn cơ học. Một số ví dụ là công tắc, rơ le, chiết áp và động cơ / máy phát điện có chứa chổi than và ổ trục.

Có khả năng tính toán hệ số lão hóa cho từng vị trí sử dụng cho phép kỹ sư phát triển các cấu hình thử nghiệm tăng tốc với thời gian tiếp xúc với thử nghiệm không quá 1/10 tuổi thọ bình thường. Điều này tạo ra các hệ số lão hóa được tính toán bằng hoặc lớn hơn môi trường sử dụng. 1

Ví dụ về thử nghiệm xác định tuổi thọ thiết bị

Các cụm quay như động cơ DC được thiết kế để đáp ứng tuổi thọ tối thiểu theo quy định của vật liệu chổi than. Một môi trường quyết định thời gian sử dụng là số giờ hoạt động ở nhiệt độ hoạt động tối đa. Tuổi thọ bàn chải là một chức năng trực tiếp của môi trường sử dụng nó.

Các thử nghiệm đã được chạy trên các cụm quay để so sánh kết quả kiểm tra độ bền (mô phỏng) với kết quả kiểm tra lão hóa gia tốc (kích thích) với mối tương quan 1: 1. Các thử nghiệm lão hóa cấp tốc xác nhận rằng sự kết thúc của tuổi thọ xảy ra trong khoảng một phần mười thời gian mà lỗi tương tự sẽ xảy ra trong quá trình thử nghiệm độ bền. Điều này tương quan với trải nghiệm của người dùng.

Chúng ta có thể áp dụng quá trình lão hóa nhanh cho các thành phần có tuổi thọ bị giới hạn bởi sự mài mòn khi chúng ta hiểu rằng sự hao mòn của những vật liệu này xảy ra theo cấp số nhân như một hàm của sự tăng nhiệt. Vì chổi than bị mài mòn do tác động của nhiệt với ít hoặc không có ảnh hưởng từ chu trình quay vòng trong khi vòng bi bị ảnh hưởng bởi cả chu trình nhiệt và nhiệt độ cao, nên một thử nghiệm duy nhất phải được phát triển cho từng nhóm thành phần.

Sự lão hóa của sản phẩm được xem xét trong bốn chế độ hoạt động:

Sử dụng bình thường.

Giới hạn thiết kế trên và dưới. 

Vùng vượt quá giới hạn thiết kế là vùng tha thứ của thiết kế. 

Vùng xảy ra sự phá hủy do hệ số giãn nở vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu gây ra hư hỏng do mỏi.

Các thử nghiệm lão hóa hợp lệ tránh xa khu vực gây ra sự phá hủy.

Ví dụ, đối với một bộ phận quay trong khoang động cơ, trước tiên bạn cần phát triển môi trường có điều kiện khí hậu. Đối với một chiếc xe được bảo hành 36.000 dặm, Bảng 1 cho thấy hệ số lão hóa tối thiểu là 14 đối với các điều kiện được hiển thị. Bảng này cũng hiển thị các tình huống cho xe có bảo hành lên đến 150.000 dặm và các yếu tố tuổi tác tương ứng.

Bảng 1

Sự bảo đảm	Năm bảo hành	Giờ trong cuộc sống	Nhiệt độ thấp. (° C)	Nhiệt độ cao. (° C)	Vòng đời	Tốc độ thay đổi (° C / phút)	Yếu tố lão hóa
36.000	3	1.200	40	107	8.760	5	14
50.000	5	1.667	40	107	14.600	5	22
75.000	7	2.500	40	107	20.440	5	32
100.000	số 8	3.333	40	107	23.360	5	39
150.000	10	5.000	40	107	29.200	5	53

 

Bảng 2 mô tả ba nhóm thử nghiệm với các yếu tố lão hóa gia tốc tương ứng. Nhóm đầu tiên cho thấy việc sử dụng sản phẩm bình thường với các yếu tố môi trường, độ bền và tuổi thọ thiết kế điển hình. Nhóm thứ hai minh họa cấu hình độ bền cho các cân nhắc bảo hành khác nhau và nhóm thứ ba minh họa sự phát triển của cấu hình lão hóa nhanh.

Bảng 2

Tập đoàn	Điều kiện thử nghiệm	Số dặm bảo hành	Tỷ lệ Thay đổi (° C / phút)	Vòng đời	Những giờ của Đời sống	Nhiệt độ. Phạm vi (° C)	Ngày thử nghiệm	Yếu tố lão hóa
1	Hướng dẫn sử dụng	36.000	5	8.760	1.200	60	50	14
1	Kiểm tra độ bền	36.000	10	1	2.000	87	84	14
1	Thông số thiết kế	36.000	10	1	2.000	87	84	14
2	Độ bền	50.000	10	1	3.000	87	208	25
2	Độ bền	75.000	10	1	4.000	87	271	29
2	Độ bền	100.000	10	1	5.500	87	292	34
2	Độ bền	150.000	10	1	8.000	87	333	46
3	Cấu hình tăng tốc được thiết kế	75.000	20	1	168	130	7	25
3	Cấu hình tăng tốc được thiết kế	100.000	20	1	280	130	12	32
3	Cấu hình tăng tốc được thiết kế	125.000	20	1	336	130	14	35
3	Cấu hình tăng tốc được thiết kế	150.000	25	1	336	150	14	57

Nhiều sản phẩm ô tô được thiết kế cho dịch vụ 36.000 dặm đến 150.000 dặm, thời hạn bảo hành thông thường từ 3 đến 10 năm. Bảng minh họa cách những thay đổi trong môi trường tiếp xúc làm thay đổi yếu tố lão hóa liên quan. Có một mối tương quan giữa môi trường sử dụng và các bài kiểm tra độ bền bởi vì chúng sao chép chặt chẽ lẫn nhau.

Khi thời gian bảo hành tăng lên, thời gian thử nghiệm để xác nhận độ tin cậy của sản phẩm cũng tăng theo. Điều này giảm thiểu thời gian có sẵn để kỹ sư thực hiện các cải tiến thiết kế. Vì lý do này, quá trình lão hóa tăng tốc là quan trọng hàng đầu.

Phát triển và áp dụng hồ sơ thử nghiệm

Thao tác với các môi trường mô phỏng cho phép Siemens phát triển một hồ sơ môi trường kích thích. Công ty đã áp dụng các yếu tố lão hóa cho các quãng đường bảo hành khác nhau và có thể giảm thời gian kiểm tra linh kiện ô tô. Điều này được thực hiện bởi các đặc tính nhiệt khác nhau:

Tốc độ thay đổi khối lượng trên ° C mỗi phút. Số chu kỳ nhiệt. Tổng số giờ tiếp xúc với môi trường thử nghiệm. Khoảng nhiệt độ tính bằng ° C.

Sử dụng quy trình này, thời gian thử nghiệm đã giảm xuống dưới hai tuần. Một số điều kiện áp dụng nằm ngoài giới hạn thiết kế nhưng không xâm phạm vào vùng phá hủy.

Lão hóa theo lôgarit (10 lần trở lên) bắt đầu xảy ra khi mẫu thử phải chịu môi trường vượt quá vùng thiết kế của sản phẩm. Nếu mẫu thử nghiệm phải chịu các môi trường gần hoặc trong vùng phá hủy các đặc tính nhiệt hoặc giới hạn đàn hồi của sản phẩm, thì tốc độ lão hóa từ 100 lần trở lên sẽ xảy ra. Cần phải cẩn thận để ngăn chặn điều này.

Mục tiêu của Siemens là cung cấp các sản phẩm không hỏng hóc với chi phí thấp hơn. Vì vậy, chương trình tăng tốc độ lão hóa giúp giảm thời gian đưa ra thị trường và đảm bảo độ tin cậy cao. Khi một hệ thống cơ khí yêu cầu tuổi thọ 2.000 giờ có thể được kiểm tra trong 168 giờ, thì sẽ có đủ thời gian để cải tiến thiết kế và xác nhận tính toàn vẹn của thiết kế.

Giảm thời gian thiết kế trên một sản phẩm Siemens từ chu kỳ chín tháng xuống dưới hai tháng giúp tiết kiệm ít nhất 60% chi phí. Các cấu hình thử nghiệm gia tốc ban đầu (dưới hai tuần) —nằm gần khu vực phá hủy vật liệu — cho phép nhiều thời gian để tối ưu hóa cấu hình cuối cùng.

Siemens đã phát triển các trình tự kiểm tra môi trường độc đáo và đặt các sản phẩm vào các điều kiện tương quan với các cơ chế hao mòn và hư hỏng do kết tủa. Điều này trở nên khả thi bởi vì kiến ​​thức chi tiết về mối quan hệ giữa việc sử dụng, thiết kế tha thứ và giới hạn hủy đã được phát triển. Sau đó, công ty có thể áp dụng tốc độ lão hóa gấp 10 lần hoặc hơn so với mức sử dụng thông thường, đẩy nhanh thời gian đưa ra thị trường để đạt được điểm số của sản phẩm.

Chú ý

Có nhiều cách tiếp cận khác nhau để phát triển các cấu hình lão hóa nhanh. Một số hệ thống sử dụng sự thay đổi khí hậu tĩnh, và những hệ thống khác có sự mài mòn cơ học phải là động lực trong việc phát triển đánh giá cơ chế hư hỏng. Lão hóa cấp tốc là một kỹ thuật, hiệu quả của nó phụ thuộc vào mức độ áp dụng của nó.

>>> CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM >>>

Tủ thử nghiệm nhiệt độ, độ ẩm

Tủ thử nghiệm sốc nhiệt

Máy thử rung xóc

Tủ thử nghiệm phun sương muối

Tủ thử nghiệm nhiệt độ, áp suất theo độ cao

Tủ thử nghiệm chống xâm nhập IPx

Thiết bị thử nghiệm rơi và va đập

Thiết bị thử nghiệm NVH

=================

VintechME - 1Tech Việt Nam là đơn vị chuyên cung cấp các giải pháp kỹ thuật toàn diện bao gồm trang thiết bị và các gói dịch vụ liên quan đến thử nghiệm, đo lường. Nếu quý công ty, doanh nghiệp có nhu cầu xin liên hệ với chúng tôi để nhận được tư vấn.

Hotline (Zalo/ Whatsaap): 0966 252 565/ 0979 388 908/ 0972 317 221 

Email: info@vintechme.com

Fanpage: https://www.facebook.com/vintechme

Website: https://vintechme.com/

Địa chỉ: Số 197, đường Thụy Phương, Bắc Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam.