2250

– поддержания необходимого уровня показателей надежности маши-

ны (безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости) в процессе ее эксплуатации.

Техническое состояние объекта (изделия) можно считать известным, если известна величина отклонения каждого существенного признака, характеризующего его структуру. Определение этих признаков и составляет содержание основной задачи диагностики. Специфика этой диагностической задачи состоит в том, что отклонения в размерах, в форме и в других свойствах деталей, узлов, агрегатов машины, которые характеризуют их состояние, не всегда доступны для непосредственных измерений. Но детали, узлы, агрегаты машины характеризуются также показателями их рабо-

ты. Поэтому можно осуществлять оценку исправного (неисправного), работоспособного (неработоспособного) состояния деталей, узлов и агрега-

тов по выходным параметрам рабочих процессов, которые связаны с функционированием машины. Контролируя эффективную мощность силовой установки, величину крутящего момента, прозрачность и цвет выпускных газов, мощность издаваемого шума, температуру в различных точках двигателя внутреннего сгорания (ДВС), получаем параметры, характеризующие протекание рабочих процессов, например, в двигателе. Такой подход к оценке технического состояния объекта (изделия) по параметрам его рабочих процессов называется функциональным. При этом показатели рабочих процессов агрегатов, систем, узлов зависят только от их технического состояния и называются функциями состояния.

1.3.Функции состояния объекта диагностирования

Различают три группы функций состояния /24/:

•первая – технико-экономические показатели (эффективная мощность и удельный расход топлива ДВС, коэффициент полезного действия ДВС, трансмиссии или ходовой части);

•вторая – показатели надежности (технический ресурс);

•третья – показатели рабочих процессов (признаки или симптомы отклонений – увеличение угара масла, расхода картерных газов, уменьшение компрессии, изменение цвета выпускных газов ДВС).

Технико-экономические показатели первой группы функций состояния называют критериями эффективности. Их роль в технической диагностике состоит, с одной стороны, в определении эффективности агрегата или машины в целом. С другой стороны, когда известно значение критериев эффективности и их допустимое значение отклонений, они могут исполь-

зоваться как признаки (симптомы) неисправностей. При снижении эффек-

тивной мощности ДВС более допустимого значения необходимо опреде-

10

лять неисправности, которые послужили причиной изменения этого параметра.

Надежность, технический ресурс машины – показатели второй группы функций состояния, безусловно, являются ее важными техникоэкономическими показателями, и эти показатели целесообразно отличать от других критериев эффективности. Эффективная мощность и удельный расход топлива ДВС, коэффициент полезного действия рабочего оборудования, трансмиссии или ходовой части и другие аналогичные показатели могут быть измерены непосредственно на работающей машине. Для таких измерений разработаны и постоянно совершенствуются диагностические средства (приборы и оборудование для диагностики агрегатов, систем и узлов). В то же самое время – надежность машины, в частности ее техни-

ческий ресурс связан с прогнозированием возможных поломок (отказов).

При этом необходимо определять техническое состояние каждого отдельного элемента машины в каждый текущий момент времени. Чтобы определить продолжительность времени, которое машина сможет проработать без отказов, необходимо знать техническое состояние каждой отдельной ее детали. Надежность машины всегда является искомым диагностической задачи, причем необходимость ее оценки определяет сложность диагностического процесса и соответственно сложность используемого диагностического оборудования /19/.

Показатели третьей группы функций состояния служат признаками отклонений, происшедших в техническом состоянии машины, ее агрегата, системы или узла. Черный цвет отработавших газов свидетельствует о большой подаче топлива или о позднем его впрыске в цилиндры дизельного ДВС. Отработавшие газы сизого цвета указывают на предельный износ поршневых колец. В камеру сгорания цилиндров поступает через зазоры в деталях поршневой группы масло из картера, которое, сгорая, окрашивает отработавшие газы в сизый цвет. Белый цвет отработавших газов свидетельствует о неправильной регулировке угла опережения впрыска топлива в цилиндры двигателя. Впрыск топлива в цилиндры двигателя происходит раньше, чем это необходимо по техническим условиям. Подобные признаки неисправностей называются параметрами диагностического сигнала, а

полная их совокупность – диагностическим сигналом.

В качестве исходной информации при решении диагностических задач оцениваются симптомы отказа и признаки нормального функционирова-

ния составных частей машины или машины в целом.

Симптомом отказа является информация об отклонениях параметров, характеризующих работоспособность машины или ее состояние, а также информация об изменении этих отклонений во времени в процессе работы, технического обслуживания, хранения.

11

Если в машине отказал элемент, но неизвестно какой именно, то симптомы отказа и признаки нормального функционирования дают специалисту некоторую (неполную) информацию о ее состоянии. Причем, чем больше будет получено информации в виде симптомов отказа, тем объективнее можно судить о «номере» состояния, в котором находится отказавшая машина. Наибольшее количество информации содержится в симптоме, позволяющем однозначно определить ее отказавшую часть.

Входе диагностического процесса из всех возможных состояний необходимо выделять наиболее вероятное, так как симптомы отказа и признаки нормального функционирования не всегда однозначно определяют техническое состояние машины или ее составных частей. Следовательно, важной характеристикой содержания всякого диагностического процесса яв-

ляется анализ симптомов отказа и признаков нормального функциониро-

вания в соответствии с требованиями ТУ. Такой анализ имеет конечную цель – локализовать узлы или приборы, в которых находится отказавший элемент.

Внезапные отказы проявляются в тех случаях, когда не соблюдаются правила эксплуатации или есть конструктивные недостатки. Симптомы, учитывающие внезапность отказа, называются дифференциальными.

Вто же самое время при диагностировании необходимо учитывать не только симптомы, зафиксированные в момент возникновения отказа и после него. Значение имеет оценка параметров, характеризующих условия работы и соответственно условия возникновения отказа. Если параметры, характеризующие работоспособность машины или ее составной части, изменялись и достигли предельных значений постепенно, то это свидетельствует о возникновении отказа, вызванного износом и старением. Такие симптомы, учитывающие постепенное изменение параметров с течением времени, называются интегральными. Таким образом, характеристикой содержания диагностического процесса является также использование все-

го объема информации, содержащейся в интегральных и дифференциаль-

ных симптомах для определения технического состояния объекта диагностирования.

Впрактике для определения технического состояния машины или ее составных частей бывает недостаточно информации, содержащейся в интегральных и дифференциальных симптомах отказа и признаках нормального функционирования. С целью получения дополнительной информации проводят испытания (проверки) в соответствии с установленной последовательностью (программой). Совокупность операций, в результате которых определяется порядок и срок очередной операции проверки, называется алгоритмом проверок. Программы проверок (тесты) могут быть жесткими или гибкими. При жесткой программе поиска неисправности (отказа) последовательность проверок определяется заблаговременно и в про-

12

цессе теста не изменяется. При гибкой программе поиска содержание очередной проверки устанавливается в ходе диагностирования на основе результатов, полученных в ходе предыдущего испытания. Таким образом, следующей характеристикой диагностического процесса является выбор наиболее эффективной программы испытаний /2, 4, 5, 11, 18, 30, 39/,

обеспечивающей полноту информации о техническом состоянии отказавшей машины или ее составной части.

Распознавание информации, полученной в ходе диагностирования, также является одной из важных характеристик диагностического процесса. При этом большое значение имеют методики обучения специалистов, их индивидуальные способности и приобретенные навыки, а также знание ими устройства и их опыт эксплуатации диагностируемых машин. Всякое испытание дает определенный объем информации, не зависящей от испытателя. Однако количество воспринятой информации зависит от его индивидуальных особенностей и подготовленности. Для более опытного специалиста информация более различима, чем для специалиста неквалифицированного. Первый быстрее определит неисправность (отказ). Более того, недостаточно квалифицированный специалист может неверно истолковать полученные результаты и принять неправильное решение.

Диагностический процесс может характеризоваться различными показателями, в том числе основными /1, 11, 40/:

–продолжительностью во времени всего процесса и этапов (подготовительного, основного, заключительного);

–общим числом тестов (проверок, операций), необходимых для отыскания отказавшего элемента;

–стоимостью реализации;

–эффективностью применяемого диагностического оборудования.

В ходе разработки программ диагностирования возникает задача оптимизации этих и других возможных критериев. Тесты (программы), соответствующие оптимальному значению одного или нескольких выбранных критериев, называются оптимальными. При разработке оптимальных программ диагностирования используются закономерности получения и обработки информации.

Контрольные вопросы к первой главе

1.Как формулируются определения понятий:

–диагностика;

–объект диагноза;

–диагностические средства;

–система технического диагностирования;

13

–диагностический процесс?

2.Какой технической документацией руководствуются при техническом диагностировании?

3.В каких случаях возникает потребность в техническом диагностировании?

4.С какой целью проводится техническое диагностирование?

5.В каких условиях при эксплуатации машин осуществляется:

–контроль технического состояния;

–прогноз величины остаточного ресурса;

–диагноз отказов и неисправностей?

6.Какой вывод делается в результате диагностирования:

–при контроле технического состояния объекта диагностирования;

–при прогнозе величины остаточного ресурса машины (агрегата);

–при диагнозе отказов и неисправностей агрегатов, механизмов

иузлов машины?

7.На какие основные этапы можно разделить диагностический про-

цесс?

8.Какие варианты возможны при формулировке диагностической за-

дачи?

9.Как характеризуется содержание основных видов технической диагностики:

–функциональной;

–структурной;

–каузальной;

–прогнозной?

10.Как формулируется основная цель структурной диагностики?

11.Какими могут быть функции состояния объектов диагностирова-

ния?

12.Как сформулировать роль в технической диагностике функций состояния:

–первой группы;

–второй группы;

–третьей группы?

13.Как формулируется понятие «симптом отказа»?

14.Что понимается в содержании понятий:

–дифференциальные симптомы отказа;

–интегральные симптомы отказа;

–алгоритм проверок;

–жесткая программа испытаний;

–гибкая программа испытаний?

14

2. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕОРИИ В ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ

2.1.Параметры, процессы, физические величины

втехнической диагностике

Термин «информация» имеет много определений. В широком смысле информация – это отображение многообразия реального мира. В узком смысле информация – это любые сведения, знания, сообщения, данные.

При исследовании диагностических процессов, связанных с получением и переработкой информации, применяются математический аппарат и методы теории информации /7, 39/.

Теорией информации называется область знаний, которая изучает качественные и количественные закономерности, связанные с получением, передачей, обработкой и хранением информации. Возникнув из практических задач теории связи, теория информации в настоящее время является теоретической основой оптимизации процессов поиска отказавших элементов в диагностируемом объекте (изделии).

Единственный способ получения объективной информации об объекте диагностирования – ее измерение /34, 36, 37, 39, 41/.

Измерение величины – это процесс получения информации за счет восприятия и преобразования неизвестной величины и нахождение опытным путем числового эквивалента отношения двух однородных величин: полученной и известной.

При решении технических задач получения, преобразования, передачи

ииспользования информации при диагностировании СДКМ главной проблемой является выбор формы сигналов, ее количества и качества.

Технический объект (изделие) характеризуется эксплуатационными свойствами, которые могут быть выделены из общего потока информации

иопределены с помощью средств диагностирования.

Величины, характеризующие условия протекания рабочего процесса в техническом объекте (изделии) или его свойства, называют параметрами. В технической диагностике различают измеряемые, контролируемые, ре-

гулируемые, регулирующие (управляющие) и промежуточные величины

(параметры) /6, 30, 36, 39/.

Параметры технического состояния, характеризующие влияние основных изменений на работоспособность объекта (изделия), являются определяющими. В технической диагностике СДКМ чаще всего о состоянии агрегатов, систем, узлов и деталей машин судят по косвенным параметрам.

Косвенными показателями величины износа цилиндропоршневой группы (ЦПГ) ДВС могут служить: давление воздуха в цилиндрах двигателя в конце такта сжатия, время истечения (величина утечки) через зазо-

15

ры в ЦПГ подаваемого сжатого воздуха, давление газов в картере ДВС. О величине износа подшипников коленчатого вала ДВС можно судить по величине давления масла в системе смазки. Величину износа ЦПГ ДВС можно также оценить по измеренной величине действительного расхода картерных газов. Износ подшипников шатунов КШМ можно определить, измеряя и оценивая показатели шума и вибраций (уровни звукового давления в диапазоне соответствующих частот) с использованием виброакустической аппаратуры.

Примером в оценке степени износа агрегатов, из которых состоит трансмиссия машины, может служить люфт (суммарный боковой зазор). Это прямой показатель, который измеряется и оценивается на каждой передаче трансмиссии на выходном валу (ведущем колесе ходовой части).

В зависимости от вида рабочих (энергетических) процессов, а также свойств агрегатов, систем, узлов и деталей машин известны следующие

параметры /21, 26, 35, 36, 39/ (табл. 2.1):

механические; геометрические; тепловые; химические; электрические; магнитные; оптические; акустические; радиационные.

Как видно из содержания табл. 2.1, к диагностическим параметрам из-

делий и систем СДКМ относятся параметры их рабочих (энергетических) процессов, характеризующие функциональные свойства, а также параметры процессов, сопровождающие работу изделий. Особой величиной,

измеряемой во всех диагностических процессах, является время t , с которым связана частота событий.

Большинство перечисленных физических величин относится к неэлектрическим величинам. Их измерение и последующее преобразование – сложная научно-техническая задача в технической диагностике СДКМ. Как правило, сначала неэлектрические величины с использованием датчиков преобразуют в электрические величины. Это значительно облегчает не только их измерение, но и представление в виде, удобном для последующего анализа симптомов отказа и признаков нормального функционирования диагностируемого объекта (изделия). Соответственно диагностические устройства должны иметь в своем составе датчики (частоты вращения и положения вала двигателя, температуры масла и всасываемого воздуха, величины напряжения и тока, частоты импульсов).

16

Таблица 2.1

Параметры и физические величины рабочих процессов и свойств агрегатов, механизмов, систем и узлов машин

Продолжение табл. 2.1

Окончание табл. 2.1

Диагностические устройства также должны иметь преобразователи (аналого-цифровые), калибровочные устройства, измерительные многоканальные устройства, управляющие устройства (центральные, внеш-

ние), средства анализа и отображения измеряемой информации (индикаторные устройства – цифровое табло или дисплей).

В настоящее время для проверки технического состояния сложных микропроцессорных систем СДКМ применяют системы компьютерного диагностирования /18, 22, 25, 27, 29/ (рис. 2.1, 2.2). В этих системах датчи-

ки через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) связаны с центральным управляющим устройством (ЦУУ) – центральным процессором с постоянной и оперативной памятью и измерительным многоканальным устройством (ИМУ). Измерительная информация из аналого-цифрового преобразователя в виде нормализованных сигналов обрабатывается центральным процессором и поступает на экран дисплея (цифрового осциллографа) в виде осциллограмм рабочих процессов. Цифровой осциллограф также может быть снабжен памятью. Центральное управляющее устройство связано с калибровочным устройством (КУ) и выносным дистанционным управляющим устройством (ВУ). Рабочая программа диагностирования управляет вводом данных о диагностируемом ДВС (агрегате трансмиссии,

19