一、提高高低温交变试验箱的可靠性是十分突出的问题
高低温交变试验箱的设计和生产上已经作了不少改进,如压缩机及关键零部件采用进口、系统上采用分流旁路的方法以调节制冷量、加强了低温加工工艺等措施,然而,国内一些企业生产的高低温交变试验箱的故障仍然发生,与同类国外产品比较,虽然产品的温度性能指标不差,但产品的可靠性确有较大差别,需要继续努力,认真解决。
产品的可靠性是产品质量的一个重要组成部分。即使产品的其它技术指标再先进,如果可靠性指标差,也会降低产品的使用价值,用户将难以接受。只有产品的可靠性达到较好水平,产品的功能才能得到充分的发挥。
高低温交变试验箱(含高高低温交变试验箱)的用途是提供给生产、科研部门作低温试验用,能按IEC68-2-1、IEC68-2-14试验Nb、GB2423.1-89、GB2423.22-87试验Nb等试验方法,对电工、电子产品作低温试验(含高低温试验),以考核其在低温环境(或高低温环境)工作中的可靠性。显然,如果考核的设备———低温试验箱本身不可靠,例如:试品作低温试验要求周期96小时,而设备达不到96小时就出现了故障,则试验将半途而废,无法对试品作出正确判断,这是用户最不愿意出现的情况。
我们已经知道国内高低温交变试验箱质量已有提高,也已知道当前存在的问题还不少,可靠性水平不高。由于缺少足够的统计资料和试验数据,我们现在还无法确定:高低温交变试验箱的可靠性指标是多少?
二、高低温交变试验箱的可靠性指标及评定方法
为了要比较正确地了解现有高低温交变试验箱的可靠性指标,特提出一些看法。
1.高低温交变试验箱的可靠性指标
在可靠性理论中,给出了一些数学函数和计算公式,当高低温交变试验箱可靠度函数为指数分布时(有关文献认为仪表元器件及设备可靠度函数为指数分布),公式可简化如下:
(1)可靠度:产品在规定条件下和规定的时间内,完成规定功能的概率。
R(t)=e-λt
(2)累积失效概率:产品在规定条件下和规定的时间内失效的概率。
F(t)=1-R(t)=1-e-λt
(3)失效率:产品工作到t时刻后单位时间内发生失效的概率。
λ(t)=λ。
(4)密度函数:累积分布函数的变化率。
f(t)=λe-λt
(5)平均寿命:产品寿命的平均值,高低温交变试验箱为可修复的产品,可用平均无故障工作时间MTBF表示。
从以上公式可以看出:失效λ为一常数,平均无故障工作时间MTBF为失效率的倒数。
当低温试验箱连续运行时间t=MTBF=1/λ时,可靠度R(t)=e-λ·1/λ=e-1=0.37,说明一批低温试验箱工作到MTBF时,只有37%的产品还能继续无故障工作,63%的产品已有故障,可靠性水平是不高的。
如果低温试验箱的MTBF能达到1000小时,或更高到2000小时,则低温试验箱在连续运行最长的试验周期96小时后,产品的可靠度为:
t=1000小时 R(t)=e-96/1000=0.908
t=2000小时 R(t)=e-96/2000=0.953
可以看出,经过96小时运行后,MTBF为1000小时的高低温交变试验箱可靠度为90.8%有9.2%的产品已发生故障,MTBF为2000小时,也有4.7%的产品已有故障需要维修。
2.如何评定高低温交变试验箱的MTBF
(1)首先必须规定故障判定标准:判定故障的原则应是:
在规定的条件下,规定的试验时间内,性能指标不能达到或保持在允许的误差范围内,且在短时(如几分钟内)不能修复者。
对高低温试验箱可作出如下可靠性框图。
A:自动控制系统;
B:冷冻机;
C:低温系统中的重要零部件;
D:低温系统中的管道;
E:风机
发生以下情况可判定为故障:
a:制冷压缩机损坏,无法继续工作;
b.控制系统失灵,不能控制所需温度,或不能工作;
c:低温系统中重要零部件损坏或出现故障,且短时间内不能修复,如冷凝器、蒸发器泄漏,从而达不到低温温度;
d.管道系统中出现渗漏,系统内致冷剂减少到使低温箱已达不到最低工作温度;
e.鼓风机损坏,从而影响箱内降温,并造成温度误差增大而超差。风冷低温箱的冷凝风机损坏会大大降低制冷量,不能降温。
f.其它出现不能降温的情况,或在试验运行过程中,温度回升而超差短时不能修复者,或箱内温度在室温附近,恒不住者。
对一些小故障,不影响继续运转,或短时间修复者,不判作故障,如指示灯损坏、保险丝熔断、照明灯不亮、仪表显示温度与实际温度相差较大等。
由于外界环境条件超过设备规定的使用环境条件,如冷却水温度过高、水压过低、电压波动过大,从而使设备达不到性能指标;或由于用户使用维护未按说明书要求从而造成问题,如试品负荷或试品总体积过大,从而大大延长了达到低温的时间,或者根本达不到最低温度,这些问题均不能判为故障。
(2)确定低温试验箱的试验时间和数量试验时间的长短与抽样多少相关,样品愈多试验时间愈短,但是,由于低温箱生产批量较小,比如20台左右,可抽10台作为子样,试验时间可按标准规定的最长时间96小时。
(3)试验结果分析
我们采用一种最简便的方法:截尾寿命试验———点估计法。
低温试验箱可采用定时截尾有替换的寿命试验,其MTBF可用公式
MTBF=nt/r 估算
式中 r:出现故障次数
n:抽样台数
t:试验时间
当t=96,n=10,欲期望MTBF=960,r只能出现一次。如r=0,说明MTBF已大于960小时,该批产品合格,如欲知该批产品的MTBF,则应加时试验直到出现一次故障为止。
当某台产品在试验中出现故障而不替换,则应修复后继续试验,修复的台时数应从nt中减去。
(4)对用户使用中的低温试验箱进行可靠性统计分析,估算MTBF指标。
生产厂对出厂前的产品进行可靠性评定固然重要,然而对用户使用中的产品进行可靠性统计分析也是十分重要的。这种统计分析不但可以发现产品故障原因,以便认真研究解决,从而达到进一步提高产品可靠性的目的,还可更为接近实际地评定产品的MTBF。计算时仍用公式MTBF=T/r,式中T为被统计产品的总运行时间,r为T时间内故障出现的次数。
为了便于统计分析,应建立低温试验箱的用户档案,其主要内容包括:产品型号、名称、出厂日期、用户名称、使用时间及状况、故障次数及原因、维修记录等内容。这些内容可用维修服务、访问、函调等方式获得。
三、提高高低温交变试验箱可靠性的措施
1.提高产品的固有可靠性
产品的固有可靠性指产品在设计、制造时内在的可靠性,是产品是否可靠最基本最重要的方面。为提高产品的固有可靠性,巨亚仪器采取了以下措施:
(1)合理的设计,包括结构型式、控制系统、低温系统、空调系统等的可靠性,并注意产品的可维修性。产品投放市场后,对出现的问题,要及时予以改进。
(2)低温系统中的关键零部件采用进口名牌。实践证明,这是提高低温试验箱可靠性的重要措施,巨亚仪器应继续执行。
(3)对自制零部件和外购、外协件进行严格检验,不合格品绝不能进入装配。
(4)提高装配人员的质量意识,严格执行低温装配工艺,尤其要使低温系统不泄漏,并能经受住运输振动的考验。
(5)严格出厂检验,对开始批量投产的产品应包括可靠性试验。
目前,由于许多配套件,如冷冻机、电磁阀、膨胀阀、电机、仪表等均未提供可靠性指标,因此整机设计可靠性无法计算,但是以上措施是可以采用的。
2.注意使用可靠性和环境适应性
注意使用可靠性是指注意使用维护人员对产品可靠性的影响。低温试验箱应有专人使用和维护,认真地作出使用记录,包括使用时间、环境条件、试品负荷等。如发现故障,应记录其症状、原因及维修情况和时间,并将此信息反馈到巨亚仪器。
注意环境适应性是指注意产品所处的周围条件对产品可靠性的影响。产品不应在超出说明书规定的环境条件下使用,如室温过高、水温过高、水压不足等。
综上所述,当前,继续努力提高高低温交变试验箱的可靠性是必要的,也是可能的,开展评定巨亚仪器高低温交变试验箱的MTBF工作也是必要的和可能进行的。
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