книги из ГПНТБ / Ермолов, Л. С. Основы надежности сельскохозяйственной техники учебное пособие

Очевидно, что параметры состояния не могут быть непо­ средственно замерены без полной или частичной разборки машины или ее элементов, так как большинство кинемати­ ческих пар находится внутри машины.

Параметры состояния, от которых зависит нормальное функционирование системы, или оказывающие на него существенное влияние, называют основными; параметры, которые не оказывают существенного влияния на работу системы, называют второстепенными.

В процессе использования машины вследствие изнаши­ вания деталей, усталостных явлений, коррозии и других повреждений происходят изменения структуры узлов и механизмов, что оказывает существенное влияние на харак­ тер функционирования системы.

Изменения в структуре элементов системы, а также изме­ нения внешних воздействий на систему вызывают изменения значений параметров состояния.

Следовательно, параметры состояния непрерывно изме­ няются в процессе работы и являются переменными слу­ чайными величинами. Совокупность величин Хг, Х2, ... , Хп, отражающих существенные переменные свойства деталей и их сочленений в заданный момент времени /, определяет техническое состояние машины. Если числовые значения параметров состояния соответствуют требованиям техниче­ ской документации или не выходят за допустимые пределы, то объект находится в исправном состоянии. Если же число­ вые значения хотя бы одного из параметров выходят за допустимые пределы, то объект находится в неисправном состоянии.

В ы х о д н ы е п р о ц е с с ы . При взаимодействии с внешней средой и в зависимости от структуры любая рабо­ тающая машина порождает множество различных процессов (излучает тепло, шум, вибрации и т. д.), которые можно на­ звать основными выходными процессами, которые обуслов­ лены работой машины (потребляемая или отдаваемая мощ­ ность, к. п. д., расход топлива и др.). Кроме основных, выделяются и сопутствующие выходные процессы, как, на­ пример, световые явления и др.

Параметры выходных процессов достаточно полно отра­ жают свойства структуры и качество функционирования системы или ее элемента. В зависимости от количества информации, которую они несут, параметры выходных процессов могут быть обобщенными или частными. Обоб­ щенные параметры характеризуют состояние машины или

122

элемента в целом (расход топлива на 1 га пахоты, общий уровень шума и др.). Частные параметры характеризуют состояние конкретного механизма или узла (стуки пальца поршня, стуки в коробке перемены передач, осевой зазор рулевого колеса). Многие обобщенные и частные параметры выходных процессов могут быть непосредственно измерены на работающей машине и использованы для определения ее технического состояния без разборки.

Д и а г н о с т и ч е с к и е с и г н а л ы , и л и с и м ­ п т о м ы , — совокупность параметров выходных процес­ сов у1г у2, ... , уп, используемых для оценки технического

Следовательно, взаимосвязь между параметрами состо­ яния и параметрами выходных процессов имеет статис­ тический характер и для установления ее формы и тесноты связи используют экспериментальные методы с последу­ ющим применением корреляционного и других методов анализа.

Для того чтобы можно было использовать параметр выходного процесса в качестве диагностического сигнала (симптома), он должен удовлетворять следующим требо­ ваниям:

1) однозначности — соответствие каждому значению структурного параметра только одного, вполне определен­ ного значения параметра выходного процесса;

.2) нести достаточную информацию на всем диапазоне изменения структурного параметра;

3)обладать свойством распространения в пространстве, т. е. чтобы сигнал, возникший внутри машины, мог достиг­ нуть наружной поверхности;

4)простоте и надежности измерения.

О п р е д е л е н н о е с о с т о я н и е структуры машины соответствует каждому диагностическому сигналу. Число состояний, в одном из которых может находиться машина при ее диагностировании, бесконечно. Это беско­

123

нечное множество возможных состояний аппроксимируют дискретным конечным множеством состояний, т. е. произво­ дят квантования, которые и определяются при диагностике.

Самый простой случай, это когда множество возможных состояний делят на два подмножества. Первое из них включает в себя состояние, при котором машина исправна, а второе — совокупность неисправных состояний. Диаг­ ностика, построенная по такой схеме, отвечает на один вопрос: исправна или неисправна машина, пренебрегая различиями состояний подмножеств.

В зависимости от поставленной задачи множества воз­ можных состояний машины делят на более мелкие под­ множества. В этом случае диагностируют узлы машины,

(машины) в любой момент времени в теории информации оценивают э н т р о п и е й

Энтропию измеряют в двоичных единицах (битах). За еди­ ницу количества информации принято количество инфор­ мации, содержащейся в сообщении об испытании конечной схемы, состоящей из двух равновероятных событий.

В простейшем случае конечная схема имеет вид:

т возможных состояний, может находиться в состоянии Э,- (г'= 1,2, ... , т) с вероятностью

124

(при условии равновероятности всех технических состояний). Тогда формула (98) упрощается и принимает вид:

Энтропия в данном случае будет иметь максимальное значение.

Из формулы (100) можно определить, что если система

если в 10 — энтропия равна 3,322. Если после диагностики технического состояния система полностью определилась, то энтропия ее равна нулю.

Понятие «энтропия» позволяет оценить степень влияния параметров состояния машины на параметры выходных процессов и выбрать наиболее информативные диагности­ ческие сигналы (симптомы).

Для решения задач технической диагностики машины необходимо обеспечить следующие условия:

1)выявить комплекс параметров выходных процессов, которые несут наиболее достоверную информацию о состо­ янии структурных элементов системы и удобны для регист­ рации и замеров;

2)изучить и отобрать режимы работы машины и ее эле­ ментов, при которых параметры выходных процессов в наи­ большей степени несут необходимую информацию;

3)определить законы изменения этих параметров как функцию наработки машины и их предельно допустимые

значения;

4)выбрать технические средства для получения диагнос­ тической информации и переработки ее в символы техни­ ческого состояния;

5)определить наиболее целесообразную последователь­

ность поиска неисправностей системы (машины) в целом и ее элементов.

Существуют два различных метода поиска неисправно­ стей в технических системах — комбинированный и после­ довательный. В первом случае анализируется комбинация исхода всех тестов, порядок использования которых может быть произвольным, во' втором — исход каждого очеред­ ного теста. Отыскивание неисправности заканчивается, как только накопленная информация окажется достаточной для точного установления неисправности.

К о м б и н и р о в а н н ы й п о и с к применяется пре­ имущественно при использовании встроенной аппаратуры.

125

П о с л е д о в а т е л ь н ы й п о и с к н е и с п р а в н о ­ с т е й применяют при проверке вручную, а также в слу­ чае применения автоматических диагностических установок.

Различают две модификации последовательного поиска: упорядоченный поиск, когда тесты используются в зара­ нее зафиксированной последовательности, и условный поиск, когда выбор очередного теста зависит от информации, полученной на предыдущих испытаниях.

В общем случае процедура технического диагноза состоит из следующих основных элементов.

1.Присоединение датчиков к элементам машины.

2.Задание и стабилизация необходимых режимов работы машины (или ее элементов) и диагностической аппаратуры.

3.Подача необходимого стимулирующего сигнала.

4.Регистрация параметров выходных процессов (диаг­

ностических сигналов).

5.Измерение зарегистрированных сигналов с необхо­ димой точностью.

6.Сравнение диагностических сигналов с эталонными

значениями.

7. Принятие диагностического решения и выдача резуль­ татов диагноза.

§5. Методы технической диагностики

Взависимости от того, какие параметры выходных про­ цессов используются в качестве диагностических сигналов

(симптомов), различают следующие основные методы диаг­ ностики технического состояния машин и оборудования: акустический, виброметрический, световой, функциональ­ ный, комбинированный.

Сущность акустического метода диагностики состоит в том, что сопряжения с различным зазором создают различ­ ные по частоте и величине звуковые сигналы, сравнение которых с эталонными значениями позволяет получать абсолютную величину зазора в сопряжении. Этот метод универсален, и его можно применять для широкого класса механических систем. В образовании упругих колебаний практически участвуют все элементы машины, поэтому акустический сигнал несет достаточную информацию о состоянии всех деталей и кинематических пар.

таким образом, чтобы каждый из них можно было отнести

126

Впрыск

Рис. 48. Реализация структурного шума двигателя внутреннего сго­ рания и его корреляционная функция (датчик установлен на форсунке):

а — реализация случайного процесса шума; 6 — корреляционная функция шума.

к вполне определенному сопряжению; 2) по составляющей сигнала определить техническое состояние сопряжения.

Для опознания кинематической пары, создающей после­ довательность соударений, используют такие признаки, как частота следований соударений, момент появления импульсов относительно некоторой опорной точки (напри­ мер, в., м. т.), а также частотные характеристики каналов, по которым поступает информация (каждой паре принад­ лежит свой канал).

■ Задачи акустической диагностики можно было бы легко разрешить, если бы сигнал и сопутствующий ему шум зани­ мали различные интервалы частотного диапазона. В дейст­ вительности же полезный сигнал и шум занимают очень широкий диапазон в связи с чем возникает необходимость определения случайных функций. Для полной характери­ стики этих функций вводится так называемая корреляцион­ ная функция, для построения которой применяются спе­ циальные электронно-вычислительные приборы — корреля­ торы.

Амплитуда корреляционной функции и ее частота *

127

торной батареи, катушки зажигания, конденсатора и дру­ гих объектов.

Сущность метода функциональной диагностики состоит в том, что в условиях эксплуатации или с помощью спе­ циальных установок (стендов), имитирующих работу ма­ шины или ее узла, измеряют косвенные параметры, харак­ теризующие уровень функционирования машины или узла. Сравнивая полученные параметры с их предельными зна­ чениями, оценивают техническое состояние проверяемой машины или узла. Так, общее состояние тормозной системы автомобиля определяют по величине тормозного пути и синхронности торможения колес; состояние рулевого меха­ низма оценивают по усилию, прилагаемому к рулевому колесу, и по величине его свободного хода.

Динамика накопления ферромагнитных примесей в кар­ терном масле любого механизма характеризует интеграль­ ную интенсивность процесса изнашивания деталей и пре­ дельное их состояние. Качество работы и состояние дизель­ ной топливной аппаратуры можно оценить по температуре и составу отработанных газов и т. д.

Комбинированный метод диагностики сочетает в себе различные вышеперечисленные методы. В качестве диагно­ стических сигналов принимают те параметры выходных процессов, которые для данного сопряжения наиболее приемлемы по простоте их измерения, полноте и достовер­ ности информации, которую они несут.

§ 6. Средства диагностики технического состояния машин и оборудования

Классификация средств диагностики. В настоящее время разработана система приборов и средств технической диаг­ ностики и прогнозирования состояния машин, которая представляет собой совокупность измерительных и вспомо­ гательных приборов и устройств, обеспечивающих полную оценку технического состояния машин и оборудования без разборки при оптимальной точности измерений, стоимости устройств и трудоемкости диагностических операций.

Система приборов и средств определяется местом про­ ведения и видом технического обслуживания машины.

В задачу применения системы приборов и средств техни­ ческой диагностики входит следующее.

1. В полевых условиях — выявить причины отказов и неисправностей машины.

2.При техническом обслуживании — установить необ­ ходимость регулировки или замены отдельных деталей, сопряжений, материалов, отправки узлов и агрегатов или машины в целом на текущий или капитальный ремонт.

3.При текущем ремонте — выявить детали, сопряже­ ния, узлы, подлежащие замене.

4.После ремонта — оценить качество ремонтных работ. Систему и подсистему приборов и средств технической

диагностики следует применять для: тракторов (отдельно при ТО-1, ТО-2 и отдельно при ТО-3 и после межремонтной наработки или ремонта), автомобилей, комбайнов, обору­ дования животноводческих ферм, силового электрообору­ дования.

Все диагностические средства необходимо подразделять на две группы: используемые мастерами-наладчиками и мастерами-диагностами.

Первая группа должна состоять из небольшого числа про­ стых приборов, обеспечивающих проверку рабочих харак­ теристик машины, основных регулировок ее сопряжений.

Вторая группа должна состоять из значительного числа приборов (датчиков), обеспечивающих полную поэлемент­ ную диагностику машины, определение остаточного ресурса ее основных узлов и агрегатов.

Кроме перечисленных групп приборов, машины и обо­ рудование должны иметь необходимый ряд встроенных датчиков (индикаторов) для непосредственного контроля технического состояния по основным параметрам.

К наиболее важным диагностическим средствам трак­ торов относятся приборы (датчики) для определения: мощ­ ности и экономических качеств; состояния воздухоочисти­ теля; состояния топливной системы двигателя; состояния цилиндро-поршневой группы; состояния кривошипно-ша­ тунного механизма; состояния уплотнительных устройств силовой передачи трактора; состояния зубчатых передач и подшипников качения трансмиссии трактора.

С учетом существующих и перспективных систем при­ боров и средств технической диагностики машин предло­ жена следующая их классификация и шифры (справа):

130