Испытания на механические воздействия: вибрация, удар и транспортная тряска

Прибор, шкаф управления, насос или бытовая техника за свою жизнь получают куда больше механики, чем предполагает паспорт: тряска в фуре, удар при перевалке на складе, вибрация от собственного двигателя или от соседнего оборудования. Испытания на механические внешние воздействующие факторы (ВВФ) проверяют, что изделие всё это переживёт и после воздействия останется работоспособным.

Протокол на механические ВВФ требуется при декларировании по техническим регламентам, при разработке ТУ, при поставках по государственным и отраслевым контрактам, а также когда нужно закрыть спор о повреждениях при перевозке. Сертификат РБ проводит эти испытания в собственной аккредитованной лаборатории — вместе с климатикой, на одном комплекте образцов и в один срок.

Чем это отличается от механических испытаний материалов

Две группы испытаний часто путают, хотя проверяют они разное:

• механические испытания материалов разрушают образец и дают числа — предел прочности, удлинение, ударную вязкость. Объект испытания здесь металл, а не изделие;
• испытания на механические ВВФ проводят на готовом изделии в сборе. Критерий не «сколько мегапаскалей выдержал», а «работает ли прибор после воздействия и не появилось ли трещин, ослабленного крепежа, замыканий».

Отсюда и разница в терминах. Ударные испытания в материаловедении — это копёр и образец с надрезом. Механический удар как ВВФ — это удар по работающему изделию на ударном стенде с заданным ускорением и длительностью импульса. Слово одно, испытания разные, и норматив требует конкретное.

Виды механических воздействий

Поиск резонансных частот

Изделие опаснее всего трясти не на произвольной частоте, а на собственной: там амплитуда колебаний вырастает в разы, и то, что при 50 Гц не вызывает вопросов, на резонансе отрывает плату от стоек. Поэтому испытание начинают с обзорного качания частоты на малой амплитуде и снимают отклик по осям.

Найденные резонансы фиксируют в протоколе, а затем на них выдерживают изделие заданное время — это и есть проверка на виброустойчивость. Отдельная задача — убедиться, что резонансов нет в рабочем диапазоне частот вообще: этого требуют нормативы на многие приборы, и тогда конструкцию дорабатывают до испытаний. Подробнее о самом методе — на странице вибрационных испытаний.

Нормативная база

• ГОСТ 30630.0.0-99 — общие требования к методам испытаний на стойкость к внешним воздействиям для машин, приборов и других технических изделий; серия ГОСТ 30630.1.x раскрывает механические воздействия по видам;
• ГОСТ Р 51371-99 — испытания на воздействие механического удара;
• ГОСТ 17516.1-90 — группы условий эксплуатации электротехнических изделий: по ним определяют, какие воздействия и с какой жёсткостью применять;
• отраслевые ТУ и стандарты заказчика — для транспортного, энергетического и специального оборудования требования часто жёстче общих.

Степень жёсткости не выбирают по желанию: её задают условия эксплуатации и место установки изделия. Если норматив на продукцию не называет конкретных значений, мы обосновываем их и оформляем программу и методику испытаний, которую затем согласовывают с заказчиком.

Механическая безопасность машин и оборудования подтверждается декларацией по ТР ТС 010, для приборов добавляются ТР ТС 004 и ТР ТС 020. Испытания на ВВФ входят в доказательную базу этих документов вместе с электрическими и климатическими.

Механическое старение и наработка

Испытание на механическое старение отвечает на вопрос, доживёт ли механизм до конца заявленного срока службы. Изделие или узел прогоняют через заданное число циклов: открывание-закрывание, нажатие, поворот, срабатывание привода. Счёт обычно идёт на десятки и сотни тысяч циклов, поэтому испытание длительное и его планируют заранее.

В протокол попадают число выполненных циклов, режим нагружения и состояние изделия после наработки: сохранилось ли усилие срабатывания, нет ли люфта, износа, разрушения деталей. Такие данные нужны при нормировании срока службы в ТУ и при спорах по гарантии.

Механика и климатика: комплексные испытания

В реальной эксплуатации воздействия не приходят по одному: техника мёрзнет, нагревается, набирает влагу и всё это время вибрирует. Поэтому механические испытания обычно заказывают в связке с климатическими — по температуре, влажности и соляному туману, а результат сводят к климатическому исполнению изделия по ГОСТ 15150.

Когда обе группы испытаний идут в одной лаборатории, вы отдаёте один комплект образцов, получаете согласованную программу и не ждёте, пока подрядчики перекидывают изделие друг другу. Для крупногабаритного оборудования это ещё и экономия на логистике.

Как проходит испытание

• Заявка и программа. Определяем виды воздействий, степени жёсткости и критерий работоспособности — что считать отказом, а что допустимым отклонением.
• Образцы. Обычно нужны один-три экземпляра изделия в товарном исполнении, для транспортной тряски — в штатной упаковке.
• Исходный контроль. Изделие проверяют до испытаний: фиксируют параметры, чтобы потом было с чем сравнивать.
• Воздействие. Изделие крепят на стенд в рабочем положении, часть испытаний проводят на включённом изделии, часть — на обесточенном; это задаёт программа.
• Оценка и протокол. Повторный контроль параметров, осмотр на трещины, ослабление крепежа и деформации, оформление протокола с заключением.

Пример выдаваемого протокола испытаний

Образец протокола испытаний

Смотреть весь документ (PDF)

Из нашей практики

Механические воздействия иногда всплывают там, где их не ждут. Для оборудования с фрикционной искробезопасностью — той, что про искру от удара или трения — методики испытаний на ударостойкость и стойкость к трению пришлось разбирать отдельно, потому что заказчик путал её со статической искробезопасностью: разбор двух видов и документов к ним.

Вторая типичная сложность — нормативы старше самой техники. При разработке ТУ на российское Hi-Fi аудиооборудование действующие ГОСТы не учитывали ни современные материалы, ни иностранную документацию производителя, и требования пришлось адаптировать: как выкручивались.

FAQ

Чем удар отличается от вибрации?

Вибрация — длительное периодическое воздействие, изделие трясут минуты и часы. Удар — короткий импульс с высоким ускорением, миллисекунды. Конструкция может спокойно переносить вибрацию и рассыпаться от одного удара, поэтому нормативы требуют оба вида.

Обязательны ли испытания на ВВФ для декларации ТР ТС 004?

Состав испытаний определяется схемой декларирования и стандартом на конкретный вид продукции. Механическая прочность и устойчивость к транспортированию входят в требования большинства стандартов на приборы, поэтому в доказательную базу эти испытания попадают почти всегда.

Можно ли заказать только транспортную тряску?

Да, отдельное испытание на транспортирование — частый запрос от поставщиков и маркетплейс-продавцов, когда идут споры о повреждениях при доставке. Изделие испытывают в штатной упаковке, и протокол показывает, выдерживает ли тара перевозку.

Изделие должно работать во время испытания?

Зависит от программы. Виброустойчивость проверяют на работающем изделии с контролем параметров, вибропрочность и транспортную тряску — на выключенном, с проверкой работоспособности после воздействия.

Останется ли образец рабочим?

Как правило, да: испытания на ВВФ не разрушающие по замыслу, изделие после них должно сохранить работоспособность. Но гарантировать сохранность нельзя — образец может и не пройти, в этом и смысл проверки.