Система диагностирования

ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА

НА ТРАНСПОРТЕ

 

Учебно-методический комплекс

ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ ДИСЦИПЛИНЫ

Учебное пособие

 

 

Санкт-Петербург

Издательство СПБГГУ

Утверждено редакционно-издательским советом университета

УДК 653.13(07)

Горбачев А.В. Техническая диагностика на транспорте: учебно-методический комплекс (информационные ресурсы дисциплины: учебное пособие)/А.В. Горбачев.- СПб.: Изд-во СПБГГУ, 2012.- с.

 

Учебное пособие разработано в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и входит в комплект учебно-методического обеспечения дисциплины «Техническая диагностика на транспорте» наряду с учебно-методическим комплексом.

 

 

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 190702.65 – организация и безопасность движения (автомобильный транспорт) для изучения дисциплины «Техническая диагностика на транспорте».

 

 

Рецензенты: кафедра организации перевозок и безопасности движения

СПБГГУ (зав. кафедрой Алексеев В.А., канд. техн. наук, проф.),

 

© Санкт-Петербургский государственный горныйуниверситет, 2012

© Горбачев А.В.., 2012

ВВЕДЕНИЕ

 

Современный автомобиль состоит из 15 – 20 тысяч деталей, из которых 7 – 9 тысяч теряют свои первоначальные свойства при работе, причем около 3 – 4 тысяч деталей имеют срок службы меньше, чем автомобиль в целом. Из них 80 – 100 деталей влияют на безопасность движения, а 150 – 300 деталей «критических» по надежности чаще других требуют замены, вызывают наибольший простой автомобиля, трудовые и материальные затраты в эксплуатации. Две последние группы деталей являются главным объектом внимания технической эксплуатации, а также производства и снабжения.

Для изделий при определении технического состояния пользуются косвенными величинами, так называемыми внешними или диагностическими параметрами, которые связаны с конструктивными и дают о них определенную информацию. Различают параметры выходных рабочих процессов, определяющие основные функциональные свойства автомобиля или агрегата (мощность автомобиля, тормозной путь и др.); параметры существующих процессов (температура нагрева, уровень вибрации, содержание продуктов износа в масле); геометрические параметры, определяющие связи между деталями в сборочной единице.

В процессе работы автомобиля показатели его технического состояния изменяются от начальных или номинальных значений y_н, сначала до предельно допустимых y_пд, а затем и до предельных y_п, что обуславливает соответствующее изменение и диагностических параметров от s_н до s_пд и s_п.

Значения y_п и s_н соответствуют предельному состоянию изделия при котором его дальнейшее применение недопустимо. Этому значению соответствует пробег l_p. Продолжительность работы изделия измеряется в часах или километрах пробега, а в ряде случаев в единицах выполненной работы называется наработкой. Наработка до предельного состояния, оговоренного технической документацией, называется ресурсом. Таким образом, l_p - это ресурс, а в интервале пробега 0≤l_i≤l_p (зона работоспособности) изделие по этому показателю исправно и может выполнять свои функции.

Если продолжать эксплуатировать автомобиль за пределами l_p (например l_j), то наступит отказ – нарушение работоспособности. Показатели качества автомобиля, агрегата, детали ухудшаются с увеличением пробега.

Для ряда показателей, например: производительности, работоспособности, наработки на отказ, характерно изменение от времени эксплуатации или пробега автомобиля по экспоненциальной зависимости:

П_k(t) = П_kl exp [-к (t-1)],

где П_k(t) и П_kl - показатели качества на t – м и первом году эксплуатации;

к – коэффициент, определяющий интенсивность изменения показателя качества по времени (по пробегу);

t – продолжительность эксплуатации, годы.

Чем интенсивнее изменение показателей качества автомобилей по времени, тем ниже его эксплуатационные свойства. Количественное измерение процесса изменения показателей качества автомобиля по пробегу оценивается надежностью.

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах.

 

Основные понятия и определения

 

Техническая диагностика — область знаний, охватывающая тео­рию, методы и средства определения состояния технического объекта. Техническое состояние — состояние, которое характеризуется в опре­деленный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

Процесс определения состояния технического объекта называется диагностированием. Различают рабочее диагностирование, при котором на объект подаются рабочие воздействия и тестовое, при котором на объект подаются тестовые воздействия, вызывающие его реакцию. Результат диагностирования, т. е. заключение о техническом состоянии объекта, называют диагнозом.

Диагностирование может осуществляться различными методами. Метод диагностирования — совокупность операций, действий, позво­ляющих дать объективное заключение о состоянии объекта. Определе­ние состояния объекта предусматривает наличие обоснованных ал­горитмов диагностирования. Алгоритм диагностирования — сово­купность предписаний, определяющих упорядоченную последова­тельность действий при проведении диагностирования. Алгоритм диаг­ностирования реализуется с помощью средств технического диагно­стирования, под которыми понимается аппаратура, программы и ре- монтно-эксплуатационная документация, позволяющие определять состояние технического объекта.

Узел, механизм, машина, оборудование, система, подлежащие (подвергаемые) диагностированию, называются объектами диагно­стирования (ОД). Часть ОД, которую при диагностировании нельзя разделить на более мелкие, называют элементом (структурной едини­цей — СЕ). Любой объект диагностирования состоит из элементов (в пределе из одного элемента). Например, поршень, ротор, генератор электростанции могут рассматриваться как ОД из одной СЕ. Из многих СЕ состоят СЭУ, гребная установка, судовой электропривод, кривошипно-шатунный маханизм и другое оборудование.

Состояние ОД оценивается по диагностическим признакам. Диаг­ностическим признаком (ДП) называют параметр или характеристи­ку используемые при диагностировании. Параметры — физические величины: давление, диаметр, зазор, сила тока /, напряжение U, мощ­ность Р и др. Характеристики — зависимость одной физической вели­чины от другой, а именно: статическая характеристика, если величина не зависит от времени, частоты; динамическая характеристика, если такая зависимость есть. Каждому со­стоянию соответствует определенное значение диагностического признака.

Диагностические параметры выбираются в результате анализа ди­агностической модели, под которой понимается формальное описание ОД (в аналитической, табличной, графической и других формах), учи­тывающее изменение его состояния.

Общим понятием теории надежности и технической диагностики является работоспособность. Это понятие используется для обозначе­ния класса состояний ОД, находясь в котором он выполняет свойствен­ную ему работу. Состояние, при котором значения всех диагностиче­ских признаков, характеризующих способность ОД выполнять задан­ные функции, соответствуют установленным требованиям, называется работоспособным. В этом случае можно говорить, что объект функ­ционирует штатно.

Неработоспособное состояние — состояние, при котором значе­ние хотя бы одного диагностического признака, характеризующего вы­полнение заданных функций, не соответствует установленным требо­ваниям. Если объект выполняет часть функций, находясь в неработос­пособном состоянии, то говорят что он функционирует нештатно.

Переход из класса работоспособных состояний в класс неработос­пособных называется отказом. При этом возможен полный отказ, приводящий к потере работоспособности (например, останов­ка главного двигателя судна),и частичный отказ, приводящий к потере работоспособности и нештатному функционированию (на­пример, цветной телевизор показывает черно-белое изображение, ДВС работает на трех из четырех цилиндрах), т. е. объект продолжает фун­кционировать с ухудшенными показателями. Точно так же, если Вы больны и пришли на работу, то будете выполнять свою работу плохо. Степень ухудшения функционирования может быть от штатной работы до почти полного отказа.

Существует третий тип отказа элемента — "перемежаю­щийся", означающий, что он попеременно исчезает, а затем снова появляется. Это затрудняет определение местоположения отказавшего элемента, так как при проверке объекта он может оказаться работоспо­собным, а через некоторое время неработоспособным.

Причиной потери работоспособности или резкого снижения запаса работоспособности является дефект (от лат. defectus — изъян, недо­чет, недостаток). В ОД, состоящем из нескольких элементов, дефектом является отказ элемента, нарушение связи или появление связи между элементами. Возникновение в таком объеме дефекта не обязательно приводит к «потере его работоспособности. При этом ОД сохраняет ра­ботоспособность при наличии в нем дефекта за счет избыточности(структурной, временной, информационной). Например, в аварийной электростанции, обеспечивающей питание рулевого устройства, ра­диостанции, бортовых огней, аварийное освещение, устанавливают два генератора. В тех случаях, когда в ОД возник дефект, но объект не потерял работоспособность, говорят, что запас работоспособности его снизился, а следовательно, повысилась вероятность его отказа в даль­нейшем.

При диагностировании могут решаться задачи z_i ∈ Z, i = 1,3:z₁ —

контроль работоспособности; z₂ — поиск дефекта; z₃ — прогнозирова­ние состояния объекта. Какие из этих задач решаются в процессе диагностирования, зависит от условий его выполнения и особенно­стей ОД.

Первая задача z₁ обязательно решается при диагностировании объектов любого назначения. Контроль работоспособности предполага­ет проверку соответствия значений диагностических признаков ОД требованиям технической документации. При этом возможны два вида контроля: качественный (допусковый) и количественный (запас рабо­тоспособности).

В том случае, когда ОД утратил работоспособность или запас работоспособности значительно снизился, при диагностировании может решаться вторая задача z₂. Целесообразность решения ее определяется возможностью восстановления ОД, т. е. устранени­ем возникшего дефекта. В свою очередь, устранить возникший дефект можно только, если ОД ремонтопригоден, т. е. приспособ­лен к устранению возникающих в нем дефектов, и обслуживаю­щий персонал имеет средства и время для его восстановления.

При решении третьей задачи z₃ изучается характер изменения диагностических параметров и на основе сформировавшихся тенден­ций предсказывается значение параметров в будущий момент времени.

Наиболее распространенными сочетаниями задач, решаемых в процессе диагностирования являются: контроль работоспособности (запаса работоспособности) и поиск дефекта;

— контроль работоспособности (запаса работоспособности) и про­гнозирование состояния;

— контроль работоспособности (запаса работоспособности), поиск де­фекта и прогнозирование состояния.

Первый случай имеет место тог­да, когда диагностируется восстанав­ливаемый ОД. В этом случае на осно­ве полученного диагноза обслуживающий персонал проводит работы по восстановлению его работоспособности. Второй случай характерен для ОД, когда обслуживающий персонал, учитывая диагноз, принима­ет решение об использовании или режиме его использования. Третий случай наблюдается при наличии у восстанавливаемого ОД необходи­мости установления срока его безотказного функционирования. Такое положение типично для высокосложных и особо ответственных ОД.

При решении основных задач диагностирования возможны раз­личные действия по формированию диагноза (рис. 1):

а) при положительном результате контроля работоспособности (КР):

— выдача заключения о работоспособном состоянии ОД;

— контроль запаса работоспособности (КЗР) объекта диагностирова­ния и выдача заключения о его состоянии;

— прогнозирование состояния (ПС) объекта диагностирования и выдача заключения о его состоянии;

б) при отрицательном результате КР:

 

ДИАГНОЗ

Рис. 1. Процесс постановки диагноза

 

— выдача заключения о неработоспособном состоянии ОД;

— поиск возникшего дефекта (ПД) и выдача заключения о состо­янии ОД.

Возможны следующие виды диагноза (см. рис. 1):

1) "Работоспособен", "Годен", "Да";

2) степень работоспособности 10,..., 50,..., 100% или "отлично" "хорошо", "удовлетворительно";

3) оборудование проработает 700 ч;

4) "Неработоспособен", "Негоден", "Нет";

5) "Износилась щетка машины постоянного тока", "Сломалось пор­шневое кольцо в i-м цилиндре", "Износилась шестерня редуктора" и др.

Решение задач технической диагностики базируется на следую­щих положениях.

1. Допущение о том, что объект может находиться в конечном множестве состояний S (рис. 2). Это определяется ограниченными возможностями измерительных средств и глубиной познания объекта.

В множестве S можно выделить два непересекающихся подмножества 5_р U где S_p — подмножество работоспособных состояний; S_H — под­множество неработоспособных состояний.

Подмножество £_р = jsA, i = 1, п включает все состояния, которые позволяют ОД выполнитьвозложенные на него функции, т. е. коща ОД работоспособен. Каждое состояние в этом подмножестве различается за­пасом работоспособности, который характеризуется приближением состо­яния объекта к предельно допустимому. Оценивается состояние путем измерения и контроля параметров £ (рис. 5.3) или характеристик.

Подмножество S_H = 5sX, j = 1, т включает все состояния, соответ­ствующие возникновению в ОД дефектов, приводящих к потере его работоспособности. Мощность подмножества S_H определяется количе­ством различимых дефектов.

2. Решение задач по оцениванию состояния ОД сводится к анализу множества S при отсутствии информации о его состоянии, подмноже­ства 5_р и ли S_H при ее наличии. При контроле работоспособности прове­ряются условия работоспособности, и полученные результаты относят состояние объекта к одному из подмножеств £_р или S_n В случае резкого снижения запаса работоспособности поиск дефекта возможен в подмно­жестве работоспособных состояний 5_р. При прогнозировании состояния объекта осуществляется анализ подмножества £_р состояний, что позво­ляет установить характер изменения за­паса его работоспособности и в ряде слу­чаев предсказать моменты перехода ОД в подмножество £_р состояний.

3. Возникновение в ОД дефекта не означает, что он неработоспособен. По­явление дефекта приводит к тому, что ОД из одного состояния s_k переходит в другое состояние S/. Однако при этом мо- 78

гут не нарушаться условия работоспособности. С другой стороны, ес­ли ОД неработоспособен, то в нем обязательно имеется дефект.

4. В процессе диагностирования участвуют, как правило, ОД, сред­ства технического диагностирования (СТД) и человек-оператор (40). Их совокупность образует систему диагностирования (рис. 5.4).

Рассмотренные положения необходимо учитывать при проектиро­вании и организации эксплуатации технических объектов, в частности, судового оборудования. При этом ОД имеет диагностическое обеспече­ние — комплекс диагностических признаков, методов, алгоритмов и средств, необходимых для диагностирования на всех этапах жизненно­го цикла технического объекта.

 

2. Диагностирование в жизненном цикле технических объектов

 

Для технических объектов характерными являются следующие стадии жизненного цикла (рис. 5.5): проектирование, изготовление и эксплуатация. Определим каждую из них.

Проектирование — процесс анализа, планирования затрат и сро­ков разработки, задания требований, разработки технической (конст­рукторской) документации, по которой создается объект, и эксплуата­ционно-технической документации, по которой объект будет эксплуа­тироваться.

Изготовление — процесс реализации технических требований в "металле", включая испытания как этап комплексной проверки харак­теристик оборудования, собранного из частей (для судов швартовые, ходовые).

Эксплуатация — совокупность организационно-технических ме­роприятий, обеспечивающих правильное применение объекта по на­значению, постоянную готовность его к применению, поддержание работоспособного состояния объекта и продление его ресурса. К этапам эксплуатации относятся следующие: транспортировка, хранение, при­менение по назначению, техническое обслуживание (ТО), ремонт.

При проектировании надежность закладывается, при изготовле­нии обеспечивается, при эксплуатации расходуется. С позиции техни­ческой диагностики при проектировании объект приспосабливается к диагностированию и ремонту, при изготовлении создается работоспо­собный объект, при эксплуатации он поддерживается в работоспособ­ном состоянии.

Диагностирование возможно на всех этапах жизненного цикла.

На самом начальном этапе проектирования системы ди­агностирования (СД) необходимо определить периодичность и про­должительность использования и диагностирования объекта и требо-

 

 

Рис. 5. Диагностирование в жизненном цикле технических объектов

Техническая диагностика – область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения состояния технического объекта.

Назначение технической диагностики заключается как в установлении отклонений от пределов параметров рабочих характеристик агрегатов и узлов, так и в анализе характера и причин возникновения этих отклонений с целью прогнозирования дальнейшей безотказной работы автомобиля.

Диагностика- раздел науки по эксплуатации автомобилей, изучающий и систематизирующий неисправности их агрегатов и узлов и симптомы этих неисправностей, разрабатывающий методы и аппаратуру для их выявления, а также прогнозирования ресурса безотказной работы автомобиля. Диагностике подлежат наиболее важные функции автомобилей, к которым можно отнести развиваемую или потребляемую мощность, потребление энергии, скорость, ускорение, движение по инерции, колебания, вибрации, расход топлива и другие. Поэтому при выполнении ТО нельзя относить к диагностике такие операции, как контроль уровня масла и других жидкостей в агрегатах и системах, свободный ход педалей тормоза и сцепления, затяжка резьбовых соединений, натяжение ремня вентилятора и др. Диагностика – это более глубокое изучение и оценка состояния агрегата и узла, чем их осмотр и контроль. Основывается этот метод на использовании средств новейшей измерительной техники. Различают диагностику двух видов: совмещенную и целевую.

Совмещенная диагностика проводится на постах технического обслуживания и включается в технологический процесс. Основное назначение – выявить дефекты, которые устраняются при техническом обслуживании регулировочными или ремонтными операциями.

Целевая диагностика проводится вне технического обслуживания на специальных постах и станциях диагностики и имеет целью определить состояние и ресурс безотказной работы по пробегу отдельных агрегатов, узлов и автомобиля в целом.

Техническое состояние – состояние, которое характеризуется в определенный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

Процесс определения состояния технического объекта называется диагностированием. Различают рабочее диагностирование, при котором на объект подаются рабочие воздействия и тестовое, при котором на объект подаются тестовые воздействия, вызывающие его реакцию. Результат диагностирования, т.е. заключение о техническом состоянии объекта, называют диагнозом.

Диагностирование может осуществляться различными методами. Метод диагностирования – совокупность операций, действий, позволяющих дать объективное заключение о состоянии объекта. Определение состояния объекта предусматривает наличие обоснованных алгоритмов диагностирования. Алгоритмы диагностирования – совокупность предписаний, определяющих упорядоченную последовательность действий при проведении диагностирования. Алгоритм диагностирования реализуется с помощью средств технического диагностирования, под которыми понимается аппаратура, программы и ремонтно-эксплуатационная документация, позволяющие определять состояние технического объекта.

Узлы, механизмы, оборудование, системы, подлежащие (подвергаемые) диагностированию, называются объектами диагностирования (ОД). Часть ОД, которую при диагностировании нельзя разделить на более мелкие, называют элементом (структурной единицей – СЕ). Любой объект диагностирования состоит из элементов.

Состояние ОД оценивается по диагностическим признакам. Диагностическим признаком (ДП) называют параметр или характеристику, используемые при диагностировании. Параметры – физические величины: давление, диаметр, зазор, сила тока, напряжение, мощность и др. Характеристики – зависимость одной физической величины от другой, а именно: статическая характеристика, если величина не зависит от времени, частоты; динамическая характеристика. Каждому состоянию соответствует определенное значение диагностического признака.

Диагностические параметры выбираются в результате анализа диагностической модели, под которой понимается формальное описание ОД (в аналитической, табличной, графической и других формах), учитывающее изменение его состояния.

Состояние, при котором значения всех диагностических признаков, характеризующих способность ОД выполнять заданные функции, соответствуют установленным требованиям, называется работоспособным.

При диагностировании решаются следующие задачи:

- контроль работоспособности;

- поиск дефекта;

- прогнозирование состояния объекта.

Первая задача обязательно решается при диагностировании объектов любого назначения. Контроль работоспособности предполагает проверку соответствия значений диагностических признаков ОД требованиям технической документации.

Вторая задача может решаться в том случае, когда ОД утратил работоспособность или запас работоспособности значительно снизился. В этом случае целесообразность решения задачи определяется возможностью восстановления ОД, т.е. устранением возникшего дефекта. Устранить возникший дефект можно только, если ОД ремонтопригоден, а обслуживающий персонал имеет средства и время для его восстановления.

При решении третьей задачи изучается характер изменения диагностических параметров и на основе сформировавшихся тенденций предсказывается значение параметров в будущий момент времени.

 

 

Система диагностирования

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: