Методы и средства технической диагностики

Современная техническая диагностика пользуется для определения технического состояния машин приборами, дающими возможность более объективно определять состояние машин, а также воспринимать диагностические сигналы, излучаемые механизмом, недоступные восприятию непосредственно органами чувств человека.

Для разработки методов и средств технической диагностики какой-либо машины, прежде всего, следует выявить, какие параметры характеризуют работу проверяемой машины и определяют ее надежность. Затем надо установить диагностические критерии количественной величины параметров и для их определения разработать соответствующие методы и средства.

В настоящее время основными параметрами, характеризующими качество работы технологического оборудования, являются: производительность, точность, жесткость, виброустойчивость и шумообразование; надежность технологического оборудования характеризуется вероятностью безотказности, долговечностью, ремонтопригодностью его частей и механизмов.

В большинстве случаев состояние перечисленных параметров взаимосвязано, что дает возможность значения одного параметра определять через значение другого. Например, точность работы некоторых механизмов металлорежущего станка можно определить, проверив их на жесткость. Диагностирование технологического оборудования по точности, жесткости, виброустойчивости и шумообразованию следует производить методами и средствами, указанными в соответствующих стандартах.

В зависимости от условий проведения диагностирования применяются следующие виды технической диагностики.

Техническая диагностика, проводимая в динамике объекта: по параметрам рабочих процессов (мощность, расход топлива, производительность, давление и др.); по диагностическим параметрам, косвенно характеризующим техническое состояние (температура, шум, вибрации и т.д.).

Техническая диагностика, выполняемая в статике объекта: по структурным параметрам (износ деталей, зазор в сопряжениях и т.п.).

По объему, методам и глубине операций она может быть комплексной (называемой также общей) и поэлементной.

Комплексная диагностика выявляет нормальное функционирование, эффективность, работоспособность машины (агрегата) в целом. Цель ее – определить соответствие нормам выходных эксплуатационных показателей проверяемых агрегатов по их основным функциям. Примером такой диагностики может быть определение мощности и топливной экономичности двигателя, производительности и долговечности насоса, потерь в трансмиссии, процента буксования сцепления и т. д.

Поэлементная диагностика определяет причину нарушения работы агрегатов (механизмов) обычно по сопутствующим косвенным признакам; например, причину потерь мощности двигателя – по компрессии или прорыву газов в картер, причину повышенного расхода топлива – по уровню в поплавковой камере карбюратора или производительности жиклеров, причину потерь в трансмиссии – по вибрациям и нагревам и т.д. Однако в этом случае конкретизация причин неисправностей доводится лишь до такого уровня, при котором выявляется потребность снятия или разборки проверяемого механизма.

Вообще диагностику, как правило, проводят на нескольких уровнях:

1) на уровне машины в целом;

2) на уровне ее агрегатов;

3) на уровне систем, механизмов и деталей и др.

При этом на каждом из перечисленных уровней определяют техническое состояние, главным образом, двухмерно. Это означает, что диагностика должна дать однозначный ответ: нуждается или не нуждается в настоящее время проверяемый агрегат в ремонте или техническом обслуживании с учетом обеспечения безотказной работы до очередного планового технического воздействия. Если техническое состояние проверяемого агрегата не соответствует нормам, и он состоит из нескольких самостоятельных механизмов, то необходима поэлементная диагностика каждого из этих механизмов и т. д.

При поэлементной диагностике данного механизма в первую очередь проверяют механическое состояние так называемых «критических» деталей, т.е. таких деталей, которые в первую очередь определяют работоспособность механизма (клапаны бурового насоса, опора ротора и др.).

Глубина диагностики механизмов ограничивается получением ответа на вопрос: необходима ли разборка механизмов. Если она необходима, то дальнейшее более детальное диагностирование не имеет практического смысла, поскольку дефекты могут быть выявлены более просто и точно после разборки механизма.

Методы и средства диагностики отдельных агрегатов, систем и механизмов определяются их конструкцией и выполняемыми функциями.

В зависимости от вида диагностических параметров применяют следующие методы технической диагностики: измерение потерь на трение в механизмах; определение теплового состояния механизмов; проверку состояния сопряжении, установочных размеров, герметичности и утечек, контроль шума и вибраций в работе механизма; анализ картерного масла (двигателя, ротора, вертлюга и др.).

Диагностику оборудования необходимо начинать с получения сведений о наработке оборудования и ремонтах, которым оно подвергалось, о расходе топлива и масла, динамике, склонности к перегреву двигателя и других агрегатов, о дымлении, скрипах, шумах и т.д.

Эти сведения позволяют более целеустремленно проводить дальнейшую диагностику уже с применением технических средств, при помощи которых проверяют показатели эффективности и работоспособности оборудования в целом, его агрегатов и механизмов.

Средства диагностики технического оборудования служат для фиксирования

и измерения величины диагностических признаков (параметров). Для этого применяют приборы, приспособления и стенды сообразно характеру диагностических признаков и методам диагностики.

Значительное место среди них занимают электроизмерительные при-

боры (вольтметры, амперметры, осциллографы и др.). Они широко применя-

няются как для непосредственного измерения электрических величин (например, при диагностике систем зажигания и электрооборудования автомобиля), так и для измерения неэлектрических процессов (колебаний, нагрева, давления), преобразованных при помощи соответствующих датчиков в электрические величины.

Для этой цели электрические измерительные приборы снабжают датчиками.

При диагностике механизмов наиболее часто используют: датчики сопротивления, концевые, индукционные, оптические и фотоэлектрические датчики, при помощи которых можно измерять зазоры, люфты, относительные перемещения, скорость и частоту вращения проверяемых деталей; термосопротивления, термопары и биметаллические пластины для измерения теплового состояния деталей; пьезоэлектрические и тензометрические датчики для замера колебательных процессов давления, биений, деформаций и др.

Одно из положительных качеств электроизмерительных приборов — удобство получения информации, а также в перспективе возможность ее анализа при помощи счетно-решающих устройств.

В зависимости от полноты и степени механизации технологических процессов диагностику можно проводить выборочно, только для контроля технического состояния отдельных сборочных единиц, или комплексно для проверки сложных агрегатов, таких как двигатель, и, наконец, комплексно для диагностики машины в целом.

В первом случае используются для отдельных измерений такие диагностические приборы как стетоскопы, манометры, тахометры, вольтметры, амперметры, секундомеры, термометры и другие переносные приборы.

Во втором случае приборы комбинируют в виде передвижных стендов, в третьем случае – ими комплектуют датчики и пульты управления стационарных стендов.

Передвижным комплексным средством диагностики является ходовая диагностическая станция. Она может обеспечивать диагностику технического состояния автомобилей в местах их временного размещения. Компоновка ходовой диагностической станции возможна на базе прицепа достаточно большой грузоподъемности.

Основными требованиями к средствам диагностики являются: обеспечение достаточной точности замеров, удобство и простота использования при минимальной затрате времени.

Помимо различных приборов, индикаторов узкого назначения, в систему диагностических средств включают комплексы электронной аппаратуры.

Эти комплексы могут состоять из датчиков – органов восприятия диагностических признаков, блоков измерительных приборов, блоков обработки информации в соответствии с заданными алгоритмами и, наконец, блоков хранения и выдачи информации в виде запоминающих устройств для преобразования информации в удобный для использования вид.

Диагностирование автомобиля: задачи, виды, методы

Процесс определения технического состояния объекта с определенной точностью (объекты диагностирования — машина или ее составная часть), т.е. процесс, включающий измерения, анализ результатов измерений, постановку диагноза и принятие решения — диагностирование.

Основная задача диагностирования в процессе технического обслуживания — определение технического состояния объекта и прогнозирование его дальнейших изменений. Это позволяет управлять техническим состоянием машин.

Техническое состояние машин изменяется случайно и зависит от различных эксплуатационных факторов (почвенно-климатических условий, видов выполняемой работы, интенсивности нагрузки, квалификации механизаторов, качества обслуживания и др.).

Они по-разному влияют на интенсивность изнашивания деталей машин, в связи с чем для каждой конкретной машины требуются ремонтно-обслуживающие воздействия разных объемов.

Предварительное диагностирование машины и ее составных частей позволяет определить фактический объем работ по обслуживанию или ремонту. При этом решаются следующие задачи:

• проверка исправности и работоспособности составных частей машины
• поиск дефектов, в результате которых нарушилась исправность или работоспособность
• сбор исходных данных для прогнозирования остаточного ресурса

Виды диагностирования во время эксплуатации автомобиля

• в процессе технического обслуживания
• заявочное
• ресурсное

Диагностирование в процессе технического обслуживания увязано с системой технического обслуживания конкретной машины.

Заявочное проводится по заявке автомобилиста с целью выявления дефектов.

Ресурсное проводится с целью установления остаточного ресурса детали или соединения.

Виды диагностирования при ремонте автомобиля

Диагностирование перед ремонтом, в технической литературе называемое предремонтным, проводится непосредственно в хозяйствах, использующих технику, или на станциях технического обслуживания.

Диагностирование после ремонта, называемое послеремонтным, выполняется на ремонтных предприятиях с целью оценки качества ремонта и значения восстановленного pecуpca.

Методы диагностирования подразделяются на субъективные (органолептические) и объективные (инструментальные).

К субъективным методам диагностирования относятся:

• внешний осмотр
• прослушивание
• остукиванне
• проверка осязанием и обонянием

Внешним осмотром определяют состояние уплотнений, течь топлива, масла, электролита, повреждение наружных деталей; прослушиванием — стуки, шумы и другие звуки, отличающиеся от нормальных рабочих; остукиванием — резьбовые, заклепочные, шпоночные и сварочные соединения; осязанием — места нагрева деталей, вибрацию, биение, вязкость жидкости; обонянием — состояние муфты сцепления по характерному запаху, течь бензина и т.п.

Для установления количественных изменений параметров технического состояния машины проводят объективное диагностирование, т.е. с помощью специального оборудования и приборов. Технические средства могут быть встроены в машину или подсоединены к ней. К встроенным относятся датчики, сигнальные лампочки, счетчик наработки, сигнализатор засоренности фильтра и др. К подсоединяемым — стенды, приборы, приспособления и т.п.

Методы диагностирования по характеру измерения параметров

• Прямые методы основаны на измерении структурных параметров технического состояния непосредственно прямым измерением (размер детали, зазор в подшипниках, прогиб ремня привода вентилятора и т.д.)
• Косвенные методы основаны на определении структурных параметров состояния составных частей по косвенным (диагностическим) параметрам при установке диагностического устройства без разборки машины. Этими методами определяются физические величины, характеризующие техническое состояние механизмов и систем машины: давление масла, расход газа (топлива, масла), параметры вибрации, ускорение при разгоне двигателя и др.

Техническое диагностирование при эксплуатации машин приурочивается к соответствующему виду технического обслуживания. Это позволяет снизить трудоемкость выполнения операций технического обслуживания, повысить их эффективность и обеспечить безотказность работы объекта до следующего контроля и обслуживания.

Результаты диагностирования заносят в специальную карту, в которой год и дату поступления техники считают от последнего капитального ремонта (или от начала эксплуатации для новых автомобилей). Наработку от начала эксплуатации ставят в том случае, если автомобиль не подвергался капитальному ремонту. В заключение указывают вид ремонта основных агрегатов, либо автомобиля в целом, или же остаточный ресурс и номер очередного технического обслуживания.

Лекция 7. Методы и средства технического диагностирования

Техническая диагностика представляет собой систему методов, применяемых для установления и распознания признаков, характеризующих техническое состояние оборудования. Все методы технического диагностирования разделяются на субъективные (органолептические) и объективные (приборные).

Несмотря на развитие аппаратных средств измерений и контроля, большая роль в определении неисправностей и нахождении повреждений механического оборудования приходится на субъективные методы, предполагающие использование человеческих органов чувств. Комплекс таких органолептических методов контроля получил название осмотр. Осмотр, включает в себя элементы визуального, измерительного контроля, восприятия шумов и вибраций, оценку степени нагрева корпусных деталей, методы осязания, используемые для определения фактического состояния оборудования и его составных частей, процессов их функционирования и взаимодействия, влияния окружающей среды и условий эксплуатации.

Органолептические методы

Органолептический метод (органо- + греч. leptikos – способный взять, воспринять) основан на анализе информации, воспринимаемой органами чувств человека (зрение, обоняние, осязание, слух) без применения технических измерительных или регистрационных средств. Эта информация не может быть представлена в численном выражении, а основывается на ощущениях, генерируемых органами чувств. Решение относительно объекта контроля принимается по результатам анализа чувственных восприятий. Поэтому точность метода существенно зависит от квалификации, опыта и способностей лиц, проводящих диагностирование. При органолептическом контроле могут использоваться технические средства, не являющиеся измерительными, а лишь повышающие разрешающие способности или восприимчивость органов чувств (лупа, микроскоп, слуховая трубка и т.п.).

Принятие решения имеет характер «соответствует – не соответствует» и определяется диагностическими правилами типа «если – то», имеющими конкретную реализацию для узлов механизма. Практически, происходит оценка состояния оборудования по двухуровневой шкале – продолжать эксплуатацию или необходим ремонт. Основная цель – обнаружение отклонений от работоспособного состояния механизма. Решение о техническом состоянии механизма принимает технологический или ремонтный персонал, обслуживающий оборудование на основании опыта и производственной ситуации. Принимается решение об остановке оборудования для визуального осмотра и последующего ремонта, продолжения эксплуатации или проведения диагностирования с использованием приборных методов.

Практический опыт показывает, что невозможно заменить механика с его субъективизмом, основанном на знании особенностей эксплуатации и ремонта оборудования. Этот метод является первым уровнем решения задач диагностирования. Стандартами, использование органолептического метода контроля не регламентируется, однако в практике работы служб технического обслуживания он применяется повсеместно. Основываясь на опыте эксплуатации металлургических машин накопленным рядом фирм, данный метод интерпретируется следующим образом.

Основные органолептические методы, используемые при оценке технического состояния механического оборудования.

1. Анализ шумов механизмов проводится по двум направлениям:

1.1 Акустическое восприятие, позволяющее оценивать наиболее значимые повреждения, меняющие акустическую картину механизма. Весьма эффективно при определении повреждений муфт, дисбаланса или ослабления посадки деталей, обрыве стержней ротора, ударах деталей. Диагностические признаки – изменение тональности, ритма и громкости звука.

1.2 Анализ колебаний механизмов. В этом методе механические колебания корпусных деталей преобразуются в звуковые колебания при помощи технических или электронных стетоскопов. Электронные средства позволяют расширить возможности человеческого восприятия.

1. Контроль температуры позволяет оценить степень нагрева корпусных деталей по уровням «холодно», «тепло», «горячо». «Холодно» – температура менее +20 0 С, «тепло» – температура +30…40 0 С, «горячо» – температура свыше +50 0 С.

Пределом для непосредственного восприятия является температура +60 0 С – выдерживаемая, у большинства тыльной стороной ладони без болевых ощущений в течение 5 с. Использование дополнительных средств – брызг воды позволяет контролировать значения +70 0 С – видимое испарение пятен воды и +100 0 С – кипение воды внутри капли на поверхности корпусной детали. Недопустимым является прикосновение к вращающимся и токоведущим деталям.

1. Восприятие вибрации основано на тактильном анализе (как реакции соприкосновения), как и контроль температуры. Значения параметров вибрации субъективно оценить нельзя. Возможен сравнительный анализ вибрации. Абсолютная оценка практически всегда содержит грубые ошибки из-за различных ощущений человека и широкого спектрального состава вибрации. В высокочастотном диапазоне возможности человека по восприятию вибрации ограничены. В низкочастотном диапазоне возможности человека по восприятию вибрации существенно различаются из-за различного уровня подготовки.
2. Визуальный осмотр механизма предоставляет большую часть информации о техническом состоянии. Осмотр может проводиться в динамическом режиме (при работающем механизме) и в статическом (при остановленном механизме).
3. Методы осязания используются при оценке волнистости, шероховатости, качестве смазочного материала, его вязкости, пластичности, наличии посторонних включений, для оценки шероховатости поверхности поврежденных деталей.

Приборные методы

Наряду с органолептическими методами при техническом диагностировании используются приборные методы, позволяющие получить количественную оценку измеряемого параметра. Диагностирование с применением приборов основано на получении информации в виде электрических, световых, звуковых сигналов, отображающих изменение состояния объекта. В зависимости от физической природы измеряемых параметров различают:

1. Механический метод – основан на измерении геометрических размеров, зазоров в сопряжениях, давлений и скорости элементов. Применяется при количественной оценке износа деталей, установлении люфтов и зазоров в сопряжениях, давлениях в гидро- и пневмосетях, сил затяжки резьбовых соединений, номинальной скорости привода. Используется разнообразный мерительный инструмент и приборы: линейки, штангенциркули, щупы, шаблоны, индикаторы перемещения часового типа, динамометрические ключи, ключи предельного момента, манометры.
2. Электрический метод (ваттметрия) заключается в измерении: силы тока, напряжений, мощности, сопротивлений и других электрических параметров. Метод позволяет по косвенным параметрам установить техническое состояние механизма. Средства для реализации: амперметры; вольтметры; измерительные мосты; датчики: перемещений, крутящих моментов, давлений; тахогенераторы; термопары.
3. Тепловой метод (термометрия) – основан на измерении температурных параметров диагностируемого объекта. С помощью термометрии определяются: деформации, вызываемые неравномерностью нагрева, состояние подшипниковых узлов, смазочных систем, тормозов, муфт. Используются: термосопротивления, термометры, термопары, термоиндикаторы, термокраски, тепловизоры.
4. Виброакустические методы (виброметрия) основаны на измерении упругих колебаний, распространяющихся по узлам в результате соударения движущихся деталей при работе механизмов. Область применения: оценка и контроль механических колебаний; определение, распознавание и мониторинг развития повреждений в деталях и конструкциях. Используются: шумомеры, виброметры, спектроанализаторы параметров виброакустического сигнала.
5. Методы анализа смазки основаны на определении вида и количества продуктов изнашивания в масле. Применяются способы: колориметрический, полярографический, магнитно-индукционный, радиоактивный и спектрографический.
6. Методы неразрушающего контроля: магнитные, вихретоковые, ультразвуковые, контроля проникающими веществами, радиационные, радиоволновые. Методы используются для определения целостности отдельных деталей механизма.

Классификация диагностических приборов может быть проведена по следующим признакам: цифровые и аналоговые, показывающие и сигнализирующие, универсальные и специализированные, стационарные и переносные и др.

Однако, все средства технического диагностирования, используемых для диагностики механического оборудования, по уровню решаемых задач и приборной реализации можно разделить на: портативные, анализаторы и встроенные системы.

Портативные средства технического диагностирования реализуют измерение одного или нескольких диагностических параметров, характеризуются малыми габаритами и отсутствием обмена данных с компьютерными системами (рисунок 40). К их преимуществам относятся: быстрота процесса измерения, простое обслуживание и управление, оперативное и наглядное получение информации в виде одиночного результата, низкая стоимость. Область применения – оперативный контроль технического состояния оборудования работниками ремонтных служб и технологическим персоналом.