Название: Основы работоспособности технических систем. Автомобильный транспорт - учебное пособие (Атапин, В.Г)

Жанр: Технические

Просмотров: 3334


4.3. методы и процессы диагностирования

Определения. Для принятия персоналом инженерно-технической службы автомобильного транспорта эффективных решений по оперативному управлению производственными процессами технической эксплуатации автомобилей возникает необходимость в использовании достоверной информации о техническом состоянии каждого отдельно взятого автомобиля. Основными источниками этой информации являются технический контроль, включающий в себя осмотр, и инструментальное диагностирование.

Под техническим контролем в сфере производства понимается проверка соответствия продукции установленным техническим требованиям. Технический контроль выполняет две основные функции:

выявление и отбраковка продукции, не соответствующей требованиям технических условий;

получение дополнительной информации о производственном процессе и его результатах для выработки управляющих воздействий, направленных на поддержание заданного уровня качества продукции. При этом необходимо, чтобы получение указанной информации было доступным, не требовало разборки агрегатов и механизмов и больших затрат труда.

Техническая диагностика – отрасль знаний, исследующая технические состояния объектов диагностирования и проявления технических состояний, разрабатывающая методы их определения, а также принципы построения и организацию использования систем диагностирования.

Техническое диагностирование – процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью. Диагностирование завершается выдачей заключения о необходимости проведения исполнительской части операций ТО или ремонта. Важнейшее требование к диагностированию – возможность оценки состояния объекта без его разборки.

 

Диагностические параметры. Для оценки технического состояния объекта необходимо определить текущее значение структурного параметра и сравнить его с нормативным значением. Однако структурные параметры в большинстве случаев не поддаются измерению без разборки узла или агрегата.

При диагностировании о значениях структурных показателей судят по косвенным, диагностическим признакам, качественной мерой которых являются диагностические параметры. Таким образом, диагностический параметр – это качественная мера проявления технического состояния автомобиля, его агрегата и узла по косвенному признаку, определить количественное значение которого можно без их разборки. Между структурными (y) и диагностическими (S) параметрами в зависимости от сложности объекта могут существовать различные взаимосвязи (рис. 4.9).

Для определения в сложных случаях возможного набора диагностических параметров и выбора из них наиболее удобных для использования  применяют построение структурно-следственной схемы узла

 

а        б       в        г

Рис. 4.9. Возможные связи между структурными и диагностическими

параметрами:

а – единичные; б – множественные; в – неопределенные; г – комбинированные

или механизма. Структурно-следственная схема представляет собой граф, увязывающий в единое целое основные элементы механизма, характеризующие их структурные параметры, перечень характерных неисправностей, подлежащих выявлению, и набор возможных для использования диагностических параметров. Перечень характерных неисправностей механизма составляют на основе статистических оценок показателей его надежности.

Пример структурно-следственной схемы цилиндропоршневой  группы двигателя приведен на рис. 4.10. Пользуясь подобной схемой, можно установить первоначальный перечень диагностических параметров и связи между теми и другими.

Аналогично структурным параметрам диагностические параметры имеют  номинальные значения  Sн (соответствующие исправному состоянию нового изделия), предельные  Sп (соответствующие условной  границе  перехода объектов в неисправное состояние) и предельно допустимые  Sп.д. Так же как структурные, диагностические параметры

 

Рис. 4.10. Структурно-следственная схема цилиндропоршневой группы

двигателя как объекта диагностирования

имеют различную значимость и, как правило, определяют техническое состояние сложного механизма, агрегата, автомобиля комплексно.

При измерении диагностических параметров регистрируются помехи, которые обусловлены конструктивными особенностями диагностируемого объекта и способностями прибора и его точностью. Это затрудняет постановку диагноза и снижает его достоверность.  Поэтому следующим важным этапом является отбор из выявленной исходной совокупности наиболее значимых и эффективных в использовании диагностических параметров, для чего они должны отвечать четырем основным требованиям: однозначности, стабильности, чувствительности и информативности.

Требование однозначности заключается в том, что все текущие значения диагностического параметра S должны однозначно соответствовать значениям структурного параметра y в интервале изменения технического состояния механизма, агрегата (рис. 4.11). Математически это требование определяется условием dS/dt , т.е. отсутствием перехода от возрастания к убыванию или наоборот в диапазоне yн  yi  yп.д.

Стабильность диагностического параметра определяется дисперсией его величины при многократных замерах в неизменных условиях измерения на объектах, имеющих одно и то же значение структурного параметра (рис. 4.12). Нестабильность параметра снижает достоверность оценки технического состояния механизма с его использованием, что в некоторых случаях заставляет отказаться от быстродействующих и удобных методов диагностирования.

Чувствительность диагностического параметра определяется скоростью его приращения при изменении величины структурного параметра и математически описывается зависимостью dS/dy >> 0 (рис. 4.13). Требование чувствительности является важным для оценки качества диагностического параметра и служит удобным критерием при выборе наиболее эффективного метода диагностирования в конкретных условиях.

На рис. 4.13 графическое изображение диагностического параметра 1 соответствует изменению количества газов, прорывающихся в картер двигателя, а 2 – изменению компрессии в цилиндрах двигателя в зависимости от износа деталей цилиндропоршневой группы. В первом случае  мы  имеем  параметр,  значение которого, например, для двигателя

     

Рис. 4.11. Характеристика неоднозначного (1) диагностического параметра с экстремумом в точке А и однозначных параметров (убывающего 2 и воз-                растающего 3)

Рис. 4.12. Плотность распределения результатов замеров значения диагностического параметра Si

                         при yi

 

Подпись:  

Рис. 4.13. Характеристика высокочувствительного 1 и малочувствительного 2 ди-агностических параметров

ЗИЛ-130 изменяется от номинального значения 22 л/мин до предельно допустимого, равного 120 л/мин, т.е. почти в 6 раз. У второго параметра значение для данного двигателя меняется от 0,75 МПа (у нового) до 0,63 МПа (полностью изношенная цилиндропоршневая группа), т.е. уменьшается всего на 16 \%.  С учетом имеющейся нестабильности второго диагностического параметра можно сделать вывод о практической невозможности использования его из-за малой чувствительности для определения промежуточных значений износа цилиндропоршневой группы и прогнозирования ее остаточного ресурса. Его использование

эффективно при выявлении крупных неисправностей, таких, как залегание поршневых колец, зависание клапана, предельный износ цилиндропоршневой группы. И, наоборот, первый параметр – прорыв газов в картер позволяет с высокой степенью точности оценить уровень износа деталей, определить остаточный ресурс и наметить сроки предупредительных регламентных работ. По этой причине этот метод широко используется для индивидуального прогнозирования технического состояния цилиндропоршневой группы судовых, тепловозных и тракторных двигателей.

Информативность является главным критерием, положенным в основу определения возможности применения параметра для целей диагностирования. Она характеризует достоверность диагноза, получаемого в результате измерения значений параметра. Количественно информативность диагностического параметра можно оценить через снижение неопределенности знаний о техническом состоянии объекта после использования информации по результатам диагностирования. При этом достоверность оценки технического состояния определяется соотношением значений ошибок первого и второго рода. Так, информативному параметру соответствует прорыв газов в картер двигателя, а малоинформативному параметру соответствует люфт редуктора главной передачи.

Кроме указанных требований качество диагностических параметров оценивается также по затратам на диагностирование и по технологичности диагностирования. Перечисленные требования обусловливают выбор диагностических параметров при разработке методов, средств и процессов технического диагностирования.

 

Процесс диагностирования. Общий процесс технического диагностирования включает:

обеспечение функционирования объекта на заданных режимах или тестовое воздействие на объект;

улавливание и преобразование с помощью датчиков сигналов, выражающих значения диагностических параметров, их измерение;

постановку диагноза на основании логической обработки полученной информации путем сопоставления с нормативами (рис. 4.14).

Диагностирование осуществляется либо в процессе работы самого автомобиля, его агрегатов и систем на заданных нагрузочных, скоростных и тепловых режимах (функциональное диагностирование), либо при использовании внешних приводных устройств (роликовых стендов, подкатных и переносных приспособлений), с помощью которых на автомобиль подаются тестовые воздействия (тестовое диагностирование).

Например, мощностные показатели автомобиля проверяют на режиме  максимального крутящего момента, экономические показатели –

Подпись:  

Рис. 4.14. Схема про¬цесса диагностиро¬            вания

на режиме, соответствующем реализации контрольного расхода топлива, т.е. при наиболее экономичной скорости и при нагрузочном режиме, имитирующем  движение автомобиля по ровному горизонтальному отрезку пути с асфальтобетонным покрытием. Тормозные качества проверяют при таких скоростях и нагрузках, которые позволяют надежно выявить основные неисправности тормозной системы автомобиля. Большинство нормативных показателей разрабатывается применительно к оптимальным тестовым режимам диагностирования.

Как показано на рис. 4.14, у объекта диагностирования, выведенного на заданный режим, с помощью специального датчика (механического, гидравлического, пьезоэлектрического, индукционного и др.) воспринимается сигнал, отражающий диагностический параметр S, характеризующий, в свою очередь, значение структурного параметра y. От датчика сигнал в трансформированном виде S ¢ поступает в измерительное устройство, затем количественное значение диагностического параметра Si выдается устройством отображения данных (стрелочный прибор, цифровая индикация, графопостроитель и т.п.).

В зависимости от задачи диагностирования и сложности объекта диагноз может различаться по глубине. Для оценки работоспособности агрегата, системы, автомобиля в целом используются выходные параметры, на основании которых ставится общий диагноз типа «да»,  «нет» («годен», «негоден»). Для определения потребности в ремонтно-регулировочной операции требуется более глубокий диагноз, основанный на локализации конкретной неисправности. Постановка диагноза в случае, когда приходится пользоваться одни диагностическим параметром, не вызывает особых методических трудностей. Она практически сводится к сравнению измеренной величины диагностического параметра с нормативом.

Постановка диагноза, когда производится поиск неисправности у сложного механизма, системы и используется несколько диагностических параметров, существенно сложнее. В этом случае необходимо на основе данных о надежности объекта  выявить связи между его наиболее вероятными неисправностями и используемыми диагностическими параметрами. Для этой цели в практике диагностирования автомобилей наиболее часто применяют диагностические матрицы.

Подпись:  

Рис. 4.15. Диагностическая 
матрица

Диагностическая матрица (рис. 4.15) представляет собой логическую модель, описывающую связи между диагностическими параметрами S и возможными неисправностями А объекта. Единица в месте пересечения строки и столбца означает возможность существования неисправности, а ноль – отсутствие такой возможности. С помощью такой матрицы решается задача локализации одной из трех возможных неисправностей объекта с помощью диагностических параметров. Физический смысл решения задачи заключается в определении соответствия полученной комбинации диагностических параметров, вышедших за норматив, существованию одной из неисправностей. Так, в рассматриваемом примере имеем: неисправность А1 возникает в случае одновременного выхода за норматив параметров S1 и S3, неисправность А2 – параметров S2 и S4, неисправность А3 – параметров S3 и S4.

Диагностические матрицы являются основой автоматизированных логических устройств, применяемых в современных средствах технического диагностирования.

 

Методы диагностирования автомобилей, их агрегатов и узлов характеризуются способом измерения и физической сущностью диагностических параметров. Выделяют три группы методов, классифицированных в зависимости от вида диагностических параметров (рис. 4.16).

 

Рис. 4.16. Классификация методов диагностирования  автомобилей

 

Первая группа методов базируется на имитации скоростных и нагрузочных режимов работы автомобиля и определении при заданных условиях выходных параметров. Для этих целей используются стенды с беговыми барабанами или параметры определяются непосредственно в процессе работы автомобиля на линии.

Вторая группа методов включает методы, оценивающие по герметичности рабочих объемов степень износа цилиндропоршневой группы двигателя, работоспособность пневматического привода тормозов, плотность прилегания клапанов и другое путем создания в контролируемом объеме избыточного давления (опрессовки) или, наоборот, разрежения и  оценки интенсивности падения давления (разрежения).

Методы, оценивающие  по интенсивности тепловыделения работу трения сопряженных поверхностей деталей, а также протекание процессов сгорания (например, по температуре выхлопных газов) пока не нашли широкого применения на автомобильном транспорте.

Методы, оценивающие состояние узлов и систем по параметрам колебательных процессов, широко используются при создании средств технического диагностирования автомобилей, и их разделяют на три подгруппы:

методы, оценивающие колебания напряжения в электрических цепях (на этой основе созданы мотор-тестеры);

методы, измеряющие параметры виброакустических сигналов (получаемых при работе зубчатых зацеплений, клапанных механизмов, подшипников и т.д.);

методы, оценивающие пульсацию давления в трубопроводах (на этой основе созданы дизель-тестеры для диагностирования дизельной топливной аппаратуры).

Определенное место занимают методы, оценивающие по физико-химическому составу отработавших эксплуатационных материалов состояние узлов и агрегатов и отклонения от их нормального функционирования. Это, например, простейший экспресс-анализ отработанного масла на загрязнение, сложный спектральный анализ проб масел, в результате проведения которого по наличию и концентрации различных химических элементов в масле можно поставить диагноз работоспособности отдельных узлов и сопряжений агрегата. Если в пробе картерного масла двигателя имеется высокое содержание свинца, это говорит об износе вкладышей шатунных и коренных подшипников, если высокое содержание железа – об износе гильз цилиндров, если высокое содержание кремния – о засорении воздушного фильтра и т.д.

Третья группа методов основывается на объективной оценке геометрических параметров в статике, что требует в целом ряде случаев применения динамометров для приложения к диагностируемому сопряжению стандартного усилия при определении зазора (люфта, свободного хода).

Средства технического диагностирования. Средства технического диагностирования (СТД) представляют собой технические устройства, предназначенные для измерения текущих значений диагностических параметров. Они включают в себя в различных комбинациях следующие основные элементы: устройства, задающие тестовый режим; датчики, воспринимающие диагностические параметры и преобразующие их в сигнал, удобный для обработки или непосредственного использования; измерительное устройство и устройство отображения результатов (стрелочные приборы, цифровая индикация, экран осциллографа). Кроме того, СТД может включать в себя устройства автоматизации задания и поддержания тестового режима, измерения параметров и автоматизированное логическое устройство, осуществляющее постановку диагноза.

Средства технического диагностирования можно разделить на три вида по их взаимодействию с объектом диагностирования (автомобилем): внешние, встроенные (бортовые) и устанавливаемые на автомобиль (рис. 4.17).

 

Рис. 4.17. Классификация средств технического диагностирования

автомобилей

Внешние СТД, т.е. не входящие в конструкцию автомобиля, в зависимости от их устройства и технологического назначения могут быть стационарными или переносными. Стационарные стенды устанавливаются на фундаменте, как правило, в специальных помещениях, оборудованных отсосом отработавших газов, вентиляцией, шумоизоляцией. Переносные приборы используются как в комплексе со стационарными стендами, так и отдельно для локализации и уточнения неисправностей на специализированных участках и постах ТО и ремонта. Внешние СТД обеспечивают получение и обработку информации о техническом состоянии автомобилей и уровне их эксплуатационных свойств. Эта информация необходима для управления производством ТО и ремонта.

Встроенные (бортовые) СТД включают в себя входящие в конструкцию автомобиля датчики, устройства измерения, микропроцессоры и устройства отображения диагностической информации. Простейшие встроенные СТД реализуются в виде традиционных приборов на панели (щитке) перед водителем, номенклатура которых на современных автомобилях постоянно расширяется за счет введения новых СТД, особенно электронных, обеспечивающих контроль состояния все усложняющихся элементов конструкции автомобилей. Наличие таких средств позволяет своевременно выявлять наступление предотказных состояний и назначать проведение предупредительных воздействий по фактическому состоянию, обеспечивая тем самым полное использование ресурса деталей и агрегатов.

Широкое использование встроенных СТД с достаточно развитыми информационными возможностями на автомобилях массового выпуска целесообразно, но ограничивается их надежностью и экономическими соображениями. В связи с этим в последние годы получили распространение так называемые устанавливаемые СТД  (УСТД), которые отличаются от встроенных конструктивным исполнением средств обработки, хранения и выдачи информации. Эти элементы выполняются в виде блока, который устанавливается на автомобиль периодически перед выходом его на линию и снимается в конце смены после возвращения автомобиля в парк. Поскольку плановые и заявочные диагностирования автомобиля проводятся относительно редко, это позволяет иметь значительно меньшее количество УСТД по сравнению с встроенными СТД и обойти ограничения экономического порядка.

УСТД изготовляются на базе электронных элементов. Это позволяет эффективно использовать ЭВМ для обработки получаемой диагностической информации о техническом состоянии автомобилей и в дальнейшем применять эту информацию для решения задач управления производством ТО и ремонта автомобилей. Кроме того, в последнее время на базе УСТД и встроенных СТД находят все более

широкое применение информационно-советующие системы, позволяющие проводить обучение методам экономичного и безопасного движения, аттестацию режимов движения на маршрутах и определять маршрутные нормативы времени движения, расхода топлива, затрат на ТО и ремонт.

Целесообразность использования конкретных средств диагностирования определяется с использованием экономико-вероятностного метода, учитывающего стоимость диагностических средств и самого технологического процесса, а также влияние диагностирования на безотказность, долговечность автомобиля и периодичность его ТО.

 

 

 

 

 

При принятии решений в технической эксплуатации автомобилей используют два вида информации:  вероятностную (статистическую) информацию, характеризующую поведение или состояние совокупности автомобилей и  индивидуальную дискретную (диагностическую) информацию, определяющую состояние или показатели работы конкретного изделия или материала (детали, агрегата, автомобиля, масла).

Процесс передачи информации реализуется с помощью основных первичных носителей информации (документов): листка учета ТО и ремонта; требования на запасные части; лицевой карточки автомобиля; плана-отчета ТО.

Различают три группы нормативных значений параметров:

к первой группе относятся нормативные значения, задаваемые на уровне государственных стандартов или других руководящих документов общегосударственного значения. Нормативы этой группы назначаются для параметров систем, обеспечивающих безопасность автомобиля и определяющих его влияние на окружающую среду;

ко второй группе относятся нормативы параметров, изменение которых не зависит от условий эксплуатации автомобилей, а определяется только конструктивными и технологическими факторами, такими, как применяемые материалы, технология изготовления, форма и размеры и т.п. Эти нормативы оговариваются в технических условиях завода-изготовителя или в инструкции по эксплуатации изделия, и они являются одинаково достоверными для различных условий эксплуатации;

к третьей группе относятся нормативы для параметров, на изменение которых в зависимости от наработки существенно влияют условия эксплуатации. В этом случае нормативные значения одного и того же параметра для автомобилей, работающих на различных видах перевозок, могут существенно (в 1,5...2 раза) различаться.

Основными источниками информации о техническом состоянии отдельного автомобиля являются технический контроль, включающий в себя осмотр, и инструментальное диагностирование.

Диагностический параметр – это качественная мера проявления технического состояния автомобиля, его агрегата и узла по косвенному признаку, определение количественного значения которого возможно без их разборки. Диагностический параметр должен отвечать четырем основным требованиям: однозначности, стабильности, чувствительности и информативности.