Глава 10 технічне діагностування в системі технічної експлуатації

10.1. Основні положення і загальні питання технічного діагностування

Застосування в сучасних машинах усе більш складних систем гідравлічного і електричного устаткування, ріст цін на ТСМ вимагають сучасніших форм ТЕ. Одним з шляхів зниження витрат на ТЕ і підвищення його якості є застосування методів технічної діагностики.

Значна частина робіт по ТЕ пов'язана з виявленням технічного стану машин. Пошук несправностей без засобів діагностики викликає невиправдані розбирання агрегатів. Це призводить не лише до витрат часу, але і до зниження терміну служби агрегатів. Наприклад, у аксіально-поршневих гідронасосів залишковий ресурс при цьому знижується більш ніж на 10%.

Контроль потужнісних характеристик двигунів внутрішнього згоряння дозволяє забезпечити повне вироблення ресурсу, при цьому за рахунок оптимальних регулювань понизити витрати на паливо.

Діагностика дозволяє отримати об'єктивну інформацію про стан об'єкту, що є основою для оцінки надійності машин.

Основні поняття, терміни і визначення технічної діагностики встановлені у ГОСТ 20911-89.

Технічна діагностика — це галузь знань, що охоплює теорію, методи і засоби визначення технічного стану об'єктів.

Технічне діагностування — процес визначення технічного стану.

Метою технічного діагностування є підтримка заданого рівня надійності і безпеки, забезпечення ефективного використання машин.

Завданнями технічного діагностування є:

• контроль технічного стану;

• пошук місця і визначення причин відмови (несправності);

• прогнозування залишкового ресурсу.

Вироби, що підлягають діагностуванню, називаються об'єктами технічного діагностування.

Процес діагностування складається з виміру параметрів технічного стану об'єкту, аналізу отриманих результатів і постановки діагнозу.

Параметр об'єкту, використовуваний при діагностуванні, називається діагностичним. Діагностичні параметри вибирають з безлічі параметрів стану залежно від використовуваних методів і засобів діагностування. Розрізняють прямі і непрямі діагностичні параметри.

Прямий (структурний) параметр безпосередньо характеризує стан об'єкту. До прямих діагностичних параметрів відносяться проміжки в сполученні, знос, зміна геометричних розмірів та ін.

Непрямі параметри побічно характеризують стан об'єкту, до них відносяться тиск масла, температура, шум, вібрація та ін.

Використання прямих діагностичних параметрів може забезпечити максимальну точність діагностування, проте найчастіше застосовують непрямі діагностичні параметри, які дозволяють визначати стан машин без розбирання.

Сукупність об'єкту, засобів діагностування і виконавців, діючих по встановлених алгоритмах, називається системою діагностування.

По мірі взаємодії з об'єктом системи діагностування підрозділяють на функціональні і тестові.

У системах функціонального діагностування на об'єкт поступають робочі дії. У системах тестового діагностування на об'єкт подаються спеціальні тестові дії, не не передбачені режимом роботи об'єкту.

Час, що витрачається на реалізацію процесу діагностики, значною мірою залежить від контролепридатності об'єкта, що характеризує його придатність до проведення діагностування заданими засобами контролю.

Контролепридатність об'єкту забезпечується на стадії його розробки. Конструкція об'єкту повинна передбачати можливість безрозбірного підключення діагностичних засобів до спеціальних контрольних точок.

Вибір методів і засобів діагностування, розробка алгоритмів пошуку дефекту в об'єкті діагностування припускають наявність діагностичної моделі об'єкту.

Діагностичною моделлю об'єкту прийнято називати формальний опис цього об'єкту, що характеризує його як в справному, так і в несправному стані. Форма опису об'єкта може бути будь-якою (аналітичною, табличною, векторною та ін.).

Вузли і системи машин мають ряд особливостей : відсутність статистичних даних про зміну технічного стану об'єкту в часі, велика кількість складових частин об'єкта і трудомісткість експериментів по встановленню міри їх взаємного впливу, безперервне вдосконалення і зміна конструкції. З урахуванням цих особливостей може бути побудована функціонально-структурна діагностична модель. Модель представляє об'єкт діагностування як систему з взаємно звязаними параметрами (мал. 10.1).

Елементи моделі є т різних станів параметрів об'єкту. В даному випадку під терміном, наприклад, «стан » n + 1«, мають на увазі відмова усього об'єкту унаслідок відхилення від норми n+1 параметра. Параметри стану об'єкту (структурні, прямі і непрямі) розподілені по різних ієрархічних рівнях з урахуванням їх впливу на інтегральний параметр стану об'єкта, такий, що є вершиною дерева графа. Елементи моделі кожного рівня мають бути взаємно незалежними, залежати від елементів нижнього рівня і впливати на елементи вищестоящого рівня.

При побудові моделі прийнято наступне обмеження: в об'єкті, що діагностується, одномоментно може бути присутньою тільки одна відмова. Таке допущення засноване на тому, що вірогідність виникнення двох і більше відмов в одній системі значно менше, ніж вірогідність однієї відмови.

Інтегральний параметр може бути вибраний виходячи з призначення системи або вузла машини. Якщо за інтегральний параметр прийняти один з потужностних показників вихідного старанного вузла системи, доцільно зіставити його з витратами енергії або палива. При виборі елементів моделі необхідно враховувати можливість їх контролю сучасними вимірювальними приладами.

Номер ієрархічного рівня, на якому має бути розташований елемент моделі, що знаходиться між верхнім і нижнім рівнем, не нормується. В той же час для зручності вимірів

Рівень I

Рівень II

Рівень III

Рівень X

Мал. 10.1. Функціонально-структурна діагностична модель

найдоцільніше групувати по рівнях однотипні показники: потужнісні, структурні і так далі. Кожен елемент проміжних рівнів повинен залежати не менше чим від двох нижче-розташованих елементів. Незалежні елементи (елементи, що не мають розташованих нижче елементів) мають бути розташовані на нижньому рівні.

Одним з найважливіших завдань діагностики є пошук дефекту. Витрати засобів і часу значно знижуються при проведенні пошуку по спеціальних алгоритмах.

Алгоритмом діагностування називається сукупність приписів, визначальних послідовність дій при діагностиці.

Безумовний алгоритм встановлює заздалегідь встановлену послідовність перевірок, а умовний — залежно від результату попередньої перевірки.

Алгоритми можуть бути оптимізовані за різними критеріями. При побудові алгоритмів пошуку дефекту можуть бути використані інформаційні критерії оптимізації, що отримуються за допомогою діагностичних моделей.

З позицій теорії інформації діагностична модель представляє собою систему, що містить невизначеність. У залежності від структури моделі і вірогідності появи відмов ця невизначеність розподілена по усіх елементах моделі. В процесі діагностування відбувається розкриття невизначеності стану моделі. Кількість інформації, що отримується в процесі діагностування, дорівнює величині зменшення невизначеності стану системи в результаті визначення фактичного стану n-го елементу моделі. Знаючи, як невизначеність моделі розподілена по її елементах, можна оцінити різні шляхи пошуку дефекту. При оцінці інформативних характеристик моделі має бути визначений ряд наступних величин.

Повна невизначеність системи, біт:

Н_полн= log₂m_z

де т_z — число елементів на нижньому рівні z .

Вірогідність знаходження системи в змозі п

Р_n = Σ P_i

де Р_i— вірогідність знаходження системи в /-м стані, належному до групи подій п; r — число i-x станів, що входять до групи подій стану n.

Вірогідність знаходження системи в n-му стані нижнього (z - гo) рівня Р_nz може бути прийнята рівною для усіх елементів нижнього рівня. Таке допущення дозволяє визначити інформативні характеристики для моделей об'єктів, імовірнісні характеристики яких невідомі. З ростом числа елементів моделі вплив такого допущення на значення інформативних характеристик знижується:

P_nz= 1/m_z

Невизначеність п-го елементу, біт:

H_n=-P_n log₂ P_n/P_c

де Р_c – вірогідність знаходження системи в змозі c, до групи подій якого входить стан n.

Швидкість отримання інформації про стан п-го елементу, біт/з:

W_n = J_n / t_n

де J_n— кількість інформації, отримана при діагностуванні n-го елементу, біт; t_n — час, витрачений на діагностування n-го елементу, с.

На основі структури діагностичної моделі (див. мал. 10.1) будується умовний алгоритм пошуку дефекту, напрям пошуку при цьому визначається критерієм W_n -> max.

Для розрахунку інформативних характеристик діагностичної моделі і побудови алгоритмів пошуку дефекту за критерієм W_n ->max може бути застосована програма, розроблена на кафедрі сервісу будівельних і дорожніх машин МАДИ (ГТУ).

В процесі експлуатації машин технічний стан їх вузлів і агрегатів залежить від різних чинників, непіддатливих попередньому обліку. Проте при відомих нормативних значеннях діагностичних параметрів можливе прогнозування залишкового ресурсу за результатами діагностування.

Залишковий ресурс — напрацювання від моменту діагностування до граничного значення діагностичного параметра.

Прогнозування залишкового ресурсу за допомогою технічного діагностування найчастіше робиться функціонально-статистичним методом, розробленим в ДЕРЖНИТЦІ.

Метод заснований на закономірності зміни параметра стану від номінального до граничного значення, вираженого статечною функцією :

U (t)= V_c t_i^a

де U(t) — зміна параметра до моменту t; V_c — випадкова величина, що характеризує швидкість зміни параметра; — напрацювання до моменту діагностування; α — показник міри, що визначає залежність зміни параметра.

При прогнозуванні, залежно від відомих початкових даних, можливі два варіанти.

Варіант 1. Відоме напрацювання від початку експлуатації до моменту проведення діагностування. Залишковий ресурс при цьому визначається по формулі

де U_П — граничне значення параметра; U_Н — номінальне значення параметра; U_i — виміряне значення параметра.

Варіант 2. При невідомому напрацюванні t_i прогнозування здійснюють за результатами двох вимірів, наприклад, при про-ведении чергових ТЕ. В цьому випадку залишковий ресурс визначається з формули:

де U₁ — значення параметра при першому вимірі; U₂ — значення параметра при другому вимірі; t₂ — напрацювання між двома вимірами.