Сутність діагностування технічного стану машин та його фізичні основи

Лекція 12.

Основні завдання діагностування. Прогнозування залишкового ресурсу основних вузлів та машини в цілому. Алгоритми ресурсного та заявочного діагностування. Методи діагностування технічного стану машини.

Основні завдання діагностування

Технічне діагностування - процес визначення технічного стану об'єкту діагностування з певною точністю. Діагностування завершується видачею висновку про необхідність проведення виконавської частини операцій ТО або ремонту. Найважливіша вимога до діагностування – це можливість оцінки стану об'єкту без його розбирання.

Основне завдання діагностування — розпізнати технічний стан об’єкту в умовах невизначеності з мінімальними матеріальними та енергетичними втратами.

Задачі діагностування:

1. Перевірка справності та працездатності об’єкту в цілому і (або) його складових частин із встановленою ймовірністю правильності діагностування.

2. Пошук дефектів, що порушили справність і (або) працездатність об’єкту.

3. Збір вихідних даних для прогнозування залишкового ресурсу або ймовірності безвідмовності роботи об’єкту в між контрольний період.

 

Технічне діагностування завдяки ранньому виявленню дефектів і несправностей дозволяє усунути відмови об’єкту в процесі технічного обслуговування, що підвищує надійність і ефективність його експлуатації.

Під дефектом розуміють будь-яку невідповідність властивостей об'єкта заданим, потрібним або очікуваним його властивостям.

Несправність або несправний стан — стан об'єкта, за яким він нездатний виконувати хоч би одну із заданих функцій об'єкта.

 

Задача технічної діагностики - визначити технічний стан системи або значення параметрів технічного стану х ₁, х ₂,..., х_і при відомому значенні діагностичних сигналів у ₁, у ₂,..., у_і, або знайти такі залежності:

х ₁= х ₁ (у ₁, у ₂,…, у_і),

х ₂= х ₂ (у ₁, у ₂,…, у_і),

…………………..

х_і = х_і (у ₁, у ₂,…, у_і).

Це математичне формулювання задачі технічної діагностики. Проте виразити аналітично ці залежності іноді неможливо. Тому для встановлення характеру і ступеня зв'язку між параметрами технічного стану та діагностичними сигналами використовують статистичні методи обробки експериментальних даних із застосуванням кореляційного і інших методів аналізу.

Мета контролю (діагностування) під час технічного обслуговування полягає у визначенні справжньої потреби у виконанні операцій, передбачених «Положенням про технічне обслуговування і ремонт дорожніх транспортних засобів автомобільного транспорту», і прогнозуванні моменту виникнення несправного стану порівнянням фактичних значень параметрів з граничними, а також в оцінюванні якості робіт.

Мета контролю (діагностування) під час ремонту полягає у виявленні несправного стану, причини його виникнення та встановленні найефективнішого способу усунення: на місці, зі зняттям агрегату (вузла, деталі), з повним або частковим розбиранням і завершальним контролем якості робіт.

Технічна діагностика може бути загальною і по елементною. При по елементній діагностиці ставиться завдання знайти несправний вузол, якщо машина знаходиться в незадовільному стані. Загальна діагностика у всіх випадках менш складна, ніж по елементна.

Первинна діагностика видає тільки сортувальну інформацію типу «придатний» - «непридатний», необхідну в основному для організації потоків ТО і ремонту; технічна діагностика поставляє відомості про конкретні несправності об'єкту, що необхідні для його обслуговування. Перша може бути не пов'язана з ТО і ремонтом (тобто спеціалізована). Друга, навпаки, є частиною обслуговування і територіально вбудована в нього. В даний час спеціальних засобів діагностики першого вигляду («сортувальної») поки що немає. Тому використовують діагностику другого вигляду, забезпечену відповідними засобами при перевірці з регулюваннями без переміщення автомобіля.

Планова технічна діагностика проводиться відповідно до діючих норм і правил. Крім того, вона дозволяє судити про можливості подальшої експлуатації обладнання, коли воно відпрацювало нормативний термін служби.

Позапланова технічна діагностика обладнання проводиться в разі виявлення порушень його технічного стану.

Якщо діагностика проводиться під час роботи устаткування, вона називається функціональною.

 

Прогнозування залишкового ресурсу основних вузлів та машини в цілому

Прогнозування — процес визначення терміну або ресурсу справної роботи автомобіля до виникнення граничного стану, тобто передбачення виникнення відмови.

Потреба прогнозування визначається можливістю керувати технічним станом автомобіля в цілому, якщо відомі зміни його технічного стану в часі. За допомогою прогнозування можна найповніше використати ресурси розглядуваної системи й оптимізувати її обслуговування як відновлюваного об'єкту експлуатації. Існуючі методи обслуговування за середньо статистичними показниками не дають змоги оптимізувати цей процес, оскільки не враховують індивідуальних особливостей автомобіля. Це призводить до збільшення матеріальних і трудових витрат на підтримування автомобіля в технічно справному стані й до зниження ефективності його використання. Організувати оптимальний процес обслуговування автомобіля можна тільки на базі діагностичної інформації і прогнозування її зміни в часі або за пробігом. Практично прогнозування полягає у призначенні періодичності діагностування і визначенні попереджувальних діагностичних нормативів, які ґрунтуються на теорії надійності автомобілів.

Найважливішим є прогнозування залишкового ресурсу. Найпростішим наближеним методом його реалізації є лінійне прогнозування, коли зміну параметра залежно від напрацювання вважають лінійною. Залишковий ресурс за годину роботи або на кілометр пробігу визначають за формулою:

 

 

де t — напрацювання автомобіля (агрегату) з початку експлуатації або після ремонту; Р_ПОЧ, Р_ГР — відповідно початковий і граничний параметри; Р_t — параметр на момент визначення стану.

Похибки прогнозування можуть бути спричинені недостатньою повнотою інформації, її неоднорідністю, низькою точністю вимірювальних інструментів і приладів, недосконалістю діагностичного устаткування, малою точністю математичної моделі, низькою кваліфікацією прогнозиста і т. п. Допустимі межі похибок визначають залежно від потрібної точності прогнозування. Щодо прогнозування залишкового ресурсу, то підвищення міцності досягають, збільшуючи періоди спостережень за зміненням діагностичного параметра в міру збільшення напрацювання.

 

Алгоритми ресурсного та заявочного діагностування

Загальний процес технічного діагностування включає у себе такі етапи:

- забезпечення функціонування об’єкту на заданих режимах чи тестова дія на об’єкт;

- уловлювання та перетворення за допомогою датчиків сигналів, що виражають значення діагностичних параметрів, їх вимірювання;

- постановка діагнозу на основі логічної обробки отриманої інформації шляхом співставлення з нормативами.

Діагностування здійснюється або в процесі роботи самого автомобіля, його агрегатів і систем на заданих навантаженнях, швидкостях і при заданих теплових режимах (функціональне діагностування), або при використанні зовнішніх приводних пристроїв (роликових стендів, переносних пристроїв і т. п.), за допомогою яких на автомобіль подають тестові дії (тестове діагностування). Такі дії повинні забезпечувати отримання максимальної інформації про технічний стан автомобіля за наявності оптимальних трудових і матеріальних витрат.

 

Порядок, правила, методи і способи подачі дій вимірювання та аналіз відповідей ОД здійснюються контрольно-діагностичними засобами за допомогою алгоритмів діагностики.

 

Оскільки технічна діагностика АТЗ пов'язана з опрацюванням значного обсягу інформації, то прийняття рішення (розпізнавання) часто здійснюють з допомогою ПК. Множину послідовних дій під час розпізнавання називають алгоритмом діагностування. Це дії, пов'язані з оцінкою обраних параметрів об’єкту діагностування. Вони дають змогу визначати послідовність: 1) виконання перевірок окремих конструкційних частин (блоків) об’єкту під час пошуку дефектів; 2) показників, що характеризують працездатність усього об'єкта, або його окремого блоку при виявленні в ньому дефектів; 3) операцій при обробці отриманої інформації.

Алгоритми об'єднуються у програму діагностування - оцінювання множини показників, що характеризують стан об’єкту діагностування впродовж певного терміну експлуатації. Складні технічні об'єкти, у тому числі АТЗ, утворюються з різнорідних частин (структурних одиниць, блоків), які варто діагностувати через різні проміжки часу. В таких випадках програма діагностування повинна враховувати різні періоди перевірки структурних одиниць.

 

Для автомобілів, які знаходяться в експлуатації застосовують переважно два види діагностування – регламентоване (заздалегідь сплановане) і заявочне.

Регламентоване діагностування виконують при періодичних (планових) технічних обслуговуваннях і ремонтах. При цьому проводиться узагальнена перевірка стану складових частин автомобіля, зазначена в маршрутній технології діагностування.

Заявочне діагностування проводять поглиблено в міжконтрольний період за заявками при виникненні несправностей і відмов та якщо значення регламентованих параметрів (показників) не відповідають допустимим, а також при визначенні залишкового ресурсу автомобіля або його складових частин.

Послідовність регламентованого і заявочного діагностування повинна забезпечити оперативність і ефективність пошуку несправностей з меншими витратами праці. Пошук несправностей варто починати з найпростіших перевірок і найменш надійних складових частин автомобіля. Результати пошуку несправностей і перевірки стану заносять у контрольно-діагностичну карту, що надалі служить основним документом для майстрів-діагностів і слюсарів при виконанні операцій технічного обслуговування і ремонту. З метою підвищення ефективності робіт, що виконуються при обслуговуванні і ремонті, діагностування суміщають з наступними регулювальними і невеликими за трудомісткістю операціями усунення виявлених несправностей. Ці вимоги покладені в основу маршрутної технології діагностування автомобілів.

Маршрутна технологія діагностування – це раціональна послідовність виконання операцій (робіт), у результаті якої на встановлення параметрів стану, пошук несправностей і визначення залишкового ресурсу затрачається найменше часу. Маршрутна технологія складається з двох частин – узагальненого і заявочного діагностування. У першій частині вказується: номер технологічної карти, зміст і послідовність обов'язкових робіт; засоби, що використовуються; роботи, що виконуються за необхідністю і номери їхніх технологічних карт, номер карт, після виконання яких проводять заявочні операції. В другій частині вказують номери технологічних карт, за якими здійснюється діагностування, зміст робіт і застосовувані засоби. Діагностування за маршрутною технологією дозволяє значно знизити його трудомісткість і, в той же час, дає можливість виміряти основні значення параметрів стану, необхідних для визначення залишкового ресурсу автомобіля чи його складових частин.

 

Результати діагностування автомобілів трансформуються у висновки типу: справний, несправний, працездатний, непрацездатний, функціонально придатний, або непридатний; в автомобілі, або в певному його елементі, є той чи інший дефект, та чи інша несправність, збій тощо. Справний і всі несправні стани утворюють скінчену множину технічних станів ОД. Якщо вони є наперед відомі, то їх розпізнавання називають класифікацією.

Часто формулюють завдання вибору одного з двох можливих діагнозів, наприклад, справний стан, несправний стан. Така діагностика називається диференціальною. В інших випадках потрібно докладніше розглядати несправний технічний стан для визначення, наприклад, місця виникнення несправності. Таку докладну діагностику називають локалізацією несправності. Кількість можливих технічних станів (діагнозів, класів) залежить від особливостей і мети діагностування.

 

Методи діагностування технічного стану машини

Для автомобільної діагностики використовуються різні засоби і методи, які здатні за температурою, вібрацією, шумом чи витратами палива визначити не тільки технічний стан, але і працездатність авто в цілому, а також усіх його механізмів і агрегатів.

Складність конструкцій сучасних автомобілів і відповідальність за якість діагностичних досліджень зростають. Досягти потрібного рівня вірогідності і якості діагностичної інформації дають змогу сучасні методи діагностування. Методи діагностування поділяються на організаційні і технологічні.

Організаційні методи визначають характер основних задач діагностування, застосування і вибір засобів діагностування, алгоритми та програми діагностування.

Технологічні методи діагностування - це множина способів і прийомів подачі вхідних, реєстрації вихідних сигналів, вимірювання діагностичних параметрів і виявлення діагностичних ознак технічного стану.

 

За застосуванням засобів діагностування технологічні методи діагностування поділяють на два класи: органолептичні (суб'єктивні) та інструментальні (об'єктивні).

Органолептичні методи включають прослуховування, огляд, перевірку дотиком і нюхом. Прослуховуванням виявляють місця і характер ненормальних стукотів, шумів, перебоїв у роботі двигуна, відмов у силовій передачі та ходовій частині (за шумом), нещільності (за шумом повітря, що проривається) і т. ін. Оглядом установлюють місця підтікання води, мастила, палива, колір випускних газів, диміння із сапуна, биття обертових частин, натяг ланцюгових передач тощо. Дотиком визначають місця і ступінь ненормального нагрівання, биття, вібрації деталей, в'язкість і липкість рідини тощо. Нюхом виявляють за характерним запахом несправність зчеплення, витікання палива, електроліту, підгоряння електропроводів тощо.

Інструментальні методи застосовують для вимірювання і контролю всіх параметрів технічного стану, використовуючи при цьому засоби діагностування.

 

Методи діагностування за параметрами робочих процесів дають змогу перевіряти вихідні параметри АТЗ (потужність, економічність, продуктивність, якість роботи) і числові робочі характеристики його складових частин (фазові параметри паливоподачі і газорозподілу, тиск, швидкість переміщення, витрат тощо). Точність вимірювання цих параметрів досить висока тому, що переважно здійснюють пряме вимірювання контрольованої фізичної величини.

Методи діагностування за параметрами супутніх процесів дають можливість побічно визначати ті ж параметри робочих процесів, а також структурні параметри деталей і спряжень, якщо їх не можна чи недоцільно вимірювати безпосередньо. У цьому разі вимірюють також показники процесів, що генеруються зовнішніми засобами діагностування. Це процеси вібрації і шуму, нагрівання, охолодження, розгону і зупинки обертових частин, наростання або спад тиску оливи і повітря в момент пуску і зупинки механізмів, утворення забруднюючих речовин. Точність такого вимірювання діагностичного параметру нижча, ніж під час діагностування за параметрами робочих процесів.

Методи діагностування за структурними параметрами дають змогу прямими вимірюваннями, без розбирання об’єкту діагностування визначати зношування деталей, зазори у їх спряженнях. Це методи, які застосовують для вимірювання зношування шин, шківів, зазору у спряженнях, прогину важелів тощо. В основі цих методів лежить вимірювання геометричних параметрів, взаємного розміщення чи розмірів деталей на автомобілі, який не працює.

 

За фізичною суттю методи діагностування поділяються на енергетичний, пневмогідравлічний, кінематичний, тепловий, віброакустичний, електромагнітний, оптичний, радіоактивний. Кожен метод призначений для контролю визначеного фізичного процесу і заснований на застосуванні певного фізичного явища. Класифікація за фізичною суттю дає найбільшу можливість виявити технічну характеристику конкретного методу діагностування. Зміну фізичного процесу можна спостерігати на зміні фізичної величини в часі (або залежно від шляху), тобто за двома координатами.

За швидкістю зміни фізичної величини під час вимірювання усі методи поділяються на діагностування з повільно- і швидкозмінними фізичними процесами.

 

За періодичністю методи діагностування поділяють на такі, що застосовують у плановому регламентованому і у позаплановомузаявковому порядках.

 

За режимом роботи об’єкту діагностування можна виділити методи діагностування на сталому, перехідному і статодинамічному режимах роботи.