Глава 6. Диагностика технического состояния в эксплуатации
§ 6.1. Общие положения и терминология
Используемая в эксплуатации судовой техники планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта (ППС) по настоящее время базируется на обязательных регламентных работах и строгой периодичности их выполнения на основе статистических данных по каждому виду техники. Последние три десятилетия характеризуются активным использованием в технике безразборной диагностики, т. е. процесса приборного определения технического состояния изделий с определенной точностью с целью контроля его текущего состояния и способности выполнять основное свойство надежности – работоспособность [6, 7, 8]. Информация о текущем техническом состоянии такого сложного изделия, как двигатель, позволяет производить качественную оценку эксплуатации изделий. Постепенное изменение технического состояния приводит к неисправности, под которой понимают состояние двигателя, когда он не отвечает хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией (ненормальное изменение параметров, ухудшение условий эксплуатации, внешнего вида и другие отступления от требований, допускающих дальнейшую эксплуатацию). При дальнейшей эксплуатации неисправного двигателя наступает отказ. Сегодня внедрены в практику эксплуатации многочисленные приборы и комплексы на базе микропроцессорной техники, позволяющие надежно оценивать текущее техническое состояние изделий в процессе их использования. Это позволяет совершить революционный переход от ППС к обслуживанию техники по необходимости. При этом исключаются большие трудозатраты и увеличиваются ресурсные показатели работы, так как любые вскрытия узлов двигателей без явной необходимости и плановая переборка в условиях эксплуатации приводят к потере ресурса. Именно восстановление работоспособности п о н е о б х о д и м о с т и (так называемый метод «заплат») становится основным. Современные объекты техники снабжены для этих целей приборами бортовой комплексной диагностики, изделия выполняются контролепригодными, а системы централизованного контроля и аварийно-предупредительной сигнализации и защиты одновременно выполняют функции безразборной диагностики.
Для обеспечения безразборной диагностики создается система, которая представляет собой совокупность средств и объекта диагностирования, подготовлена к диагностированию и осуществляет его по правилам, установленным соответствующей документацией. Система является разомкнутой. Структурно ее можно рассматривать состоящей из четырех составных частей: двигателя (объекта), комплекта информационных устройств (первичных преобразователей), блока переработки первичной информации в выходную диагностическую и прогностическую информацию, блока информации для представления на выходе системы диагноза или прогноза. В этом виде система широко применяется в практике и является частью системы управления качеством эксплуатации двигателей и других сложных изделий [6].
Техническое диагностирование способствует решению задач автоматизации процессов контроля и управления при условии возложения на нее функций управляющего воздействия на двигатель по определенным алгоритмам.
Д и а г н о с т и р о в а н и е – это процесс определения технического состояния изделий по характерным параметрам работы, в том числе и косвенным, без проведения разборки. Это один из главных путей повышения надежности техники и эффективности эксплуатации.
Дизель как объект диагностики можно представить в виде комплекса агрегатов, узлов и деталей, для определения технического состояния которых требуется постоянный или периодический контроль. При диагностике, как правило, используют параметры процессов, определяющих работу. Приходится использовать косвенные параметры или комплексы параметров, определяющих работоспособность элементов двигателя. Работа двигателя сопровождается множеством сопутствующих процессов: выделением и излучением теплоты, вибрациями, шумоизлучением, накоплением продуктов износа в масле и изменением его состояния, изменения давления и температуры в элементах систем и т. д. Параметры этих процессов в достаточной мере отражают процессы и называются д и а г н о с т и ч е с к и м и . Например, ими могут быть: мощность, крутящий момент, частота вращения, среднее индикаторное давление, среднее давление по времени, состав продуктов сгорания, содержание в масле продуктов износа, зазоры, люфты, биения, амплитуда вибрации и спектры частот и т. п.
Закономерности изменения диагностических параметров как функции наработки дизеля позволяют оценивать текущее техническое состояние и принимать соответствующие решения. Замеряя текущее значение диагностического параметра при конкретной наработке и сравнивая его с допустимым значением, можно определить остаточный ресурс. Предельные и допустимые значения устанавливаются заводами-изготовителями и эксплуатирующими организациями.
Для установления закономерности изменения диагностического параметра широко используется метод экстраполяции, который предусматривает следующие этапы:
- анализ имеющейся информации и построение графика изменения диагностического параметра как функции наработки изделия;
- нахождение аналитического выражения для описания закономерности изменения диагностического параметра;
- оценка значения диагностического параметра при заданной наработке t.
Можно воспользоваться, например, функцией вида
,
где
– начальное значение диагностического
параметра;
– коэффициент;
– показатель степенной функции.
Пользуясь этой формулой, например, можно прогнозировать остаточный ресурс работы после определенной наработки:
,
где
– допустимое значение диагностического
параметра;
– значение параметра
при наработке на момент диаг-
ностирования.
В соответствии с ГОСТ 20911-89 техническое диагностирование делят на два вида: функциональное (когда на объект поступают только рабочие воздействия) и тестовое (когда единичные воздействия осуществляет тестовая программа). Диагностирование проводится в автоматизированном режиме. Как правило, датчики предоставляют для анализа конкретную информацию. Часто применяют физико-математические модели, когда объект или его составляющие части представляют, например, в виде вращающихся инерционных масс, находящихся под воздействием крутящего момента и момента сопротивления движению, в других случаях – объект представляют в виде теплообменного устройства (если речь идет о температурном состоянии) и т. п.
Приспособленность двигателя к диагностированию является важнейшим условием обеспечения его к о н т р о л е- п р и г о д н о с т и . ГОСТ 23563-79 устанавливает требования к контролепригодности изделий в части конструктивного исполнения.
Современные двигатели должны иметь встроенные датчики первичной информации или предусматривать места их уставновки, использовать стандартизованные и унифицированные устройства сопряжения и т. д.
Вводятся категории (группы) контролепригодности (ГОСТ 24029-80). Установлено шесть групп конструктивного исполнения изделия для обеспечения контролепригодности. Чем выше номер, тем хуже конструкция по контролепригодности.
Так, тракторные двигатели обладают низкой приспособленностью для диагностирования. И, наоборот, двигатели СОД и МОД имеют, как правило, первую, вторую и третью группу контролепригодности.