8.5. Совершенствование методов и средств диагностирования технического состояния тс стм

Состояние дорожной и строительной машины и находящихся на них агрегатов характеризуются физической сущностью и способом измерения диагностических параметров, наиболее приемлемых для использования в зависимости от задачи диагностирования. В классификации по видам диагностических параметров выделяют следующие основные группы методов диагностирования:

– по выходным параметрам эксплуатационных свойств;

– по параметрам сопутствующих процессов;

– по геометрическим параметрам.

Физические методы оценки эксплуатационных свойств базируются на имитации скоростных и нагрузочных режимов работы автомобиля, определении при заданных условиях выходных параметров и сравнении полученных количественных значений с имеющимися эталонными значениями.

Диагностирование проводится непосредственно в процессе работы машины или с использованием стендов с беговыми барабанами. Эти методы применяются для общей оценки технического состояния транспортных баз и агрегатов машин.

Вторая группа включает в себя методы создания в контролируемом объеме избыточного давления (это называют опрессовкой) или наоборот – падения давления (разрежении) и оценку интенсивности падения.

Так оценивают по герметичности рабочих объемов степень износа цилиндропоршневой группы двигателя, работоспособность пневматического привода тормозов, плотность прилегания клапанов и т. п.

Классификация методов диагностирования первой и второй групп приведена в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Методы диагностики при ТО

Методы диагностирования автомобильных баз СТМ
1. По выходным параметрам эксплуатационных свойств	По параметрам сопутствующих процессов
1.1. Тягово-экономические показатели (сила тяги на ведущих колесах, выбег, расход топлива)	2.1. Герметичность рабочих объемов
1.2. Тормозная эффективность (тормозные силы, время срабатывания привода, тормозной путь)	2.2. Параметры колебательных процессов: а) изменение напряжения в электроцепях; б) пульсация давления в трубопроводах; в) уровень вибрации
1.4. Ходовые свойства (боковые силы на управляемых колесах)	2.3. Интенсивность тепловыделения
1.5. Вредное влияние на окружающую среду (токсичность отработавших газов, дымность, шум)	2.4. Физико-химический состав отработанных эксплуатационных материалов

Методами диагностирования по параметрам сопутствующих процессов являются следующие:

• по герметичности рабочих объемов и оценке интенсивности их падения (диагностируются цилиндропоршневая группа двигателя, пневматические приводы тормозов);

• по параметрам колебательных процессов, используются при создании средств технического диагностирования автомобилей, которые разделяют на подвиды, а именно: методы, оценивающие колебания – напряжения в электрических цепях (мотор–тестеры);

• параметры виброакустических сигналов, получаемых при работе зубчатых зацеплений, клапанных механизмов, подшипников и т.д.;

• параметры, пульсации давления в трубопроводах (дизель–тестеры для диагностирования топливной аппаратуры).

Тепловой метод диагностирования двигателя, трансмиссии, подшипниковых узлов, заключающийся в определении параметров (температура нагрева, скорость ее изменения), характеризующих количество тепла, выделяемого в результате протекания процессов сгорания, работы сил трения при заданных скоростном и нагрузочном режимах.

Методы, оценивающие состояние узлов и агрегатов по физико-химическому составу отработавших эксплуатационных материалов посредством экспресс–анализа отработанного масла на загрязнение, спектрального анализа проб масел на наличие и концентрацию различных химических элементов в масле, по которым можно поставить диагноз работоспособности отдельных узлов и сопряжений агрегата.

Так, если в пробе картерного масла двигателя имеется высокое содержание свинца, это говорит об износе вкладышей шатунных и коренных подшипников, если высокое содержание железа – об износе гильз цилиндров, если высокое содержание кремния – о засорении воздушного фильтра.

Третья немногочисленная группа основывается на объективной оценке геометрических параметров в статике, то есть на контроле зазоров, люфтов, свободных ходов углов установки управляемых колес, смещение и др.

Видим, что перечень методов не так уж велик, поэтому в настоящее время проводятся многочисленные исследования по разработке новых и совершенствованию имеющихся методов диагностирования применительно к усложняющимся конструкциям машин, особенно с изменением элементной базы микроэлектроники и микропроцессорной и вычислительной техники.

Выбор наиболее рационального из указанных методов в каждом конкретном случае проводится с учетом: уровня информативности и точности метода, степени универсальности и трудоемкости диагностирования, различных организационных факторов и экономической целесообразности.

Для оценки технического состояния машины очень важен выбор эффективных диагностических параметров.

Тем более, что между структурными и диагностическими параметрами возможны различные связи (единичные; множественные; неопределенные; комбинированные).

Различные диагностические параметры в разной мере удовлетворяют высоким требованиям к параметрам выходных процессов, используемых для целей диагностирования. Поэтому при решении задачи выбора диагностических параметров в сложных ситуациях сначала определяют возможный набор рациональных параметров.

Для этого применяют построение структурно–следственной схемы узла или механизма, представляющей собой граф–модель, увязывающий в единое целое основные элементы механизма, характеризующие их структурные параметры, перечень характерных неисправностей, подлежащих выявлению, и набор возможных для использования диагностических параметров.

Перечень характерных неисправностей механизма составляют на основе статистических оценок показателей его надежности.

Пример структурно–следственной схемы цилиндропоршневой группы двигателя приведен на рис. 8.4.

Подобные схемы, составленные на основе изучения объекта диагностирования, применяют к определенному перечню структурных параметров и неисправностей, при этом устанавливают первоначальный перечень диагностических параметров и связи между ними.

Из выявленной исходной совокупности выбирают наиболее значимые и эффективные диагностические параметры, проводят анализ по требованиям однозначности, стабильности, чувствительности и информативности.

В дальнейшем, выбрав методы и средства диагностирования, оценивают параметры по их технологичности и определяют затраты на диагностирование.

Для определения потребности в ремонтно-регулировочной операции требуется более глубокий диагноз, основанный на локализации конкретной неисправности.

Постановка диагноза в случае, когда приходится пользоваться одним диагностическим параметром, не вызывает особых методических трудностей. Она сводится к сравнению измеренной величины диагностического параметра с нормативом.

Рис. 8.4. Структурно–следственная схема цилиндропоршневой группы двигателя

как объекта диагностирования

Если производится поиск неисправности у сложного механизма или системы, то используют несколько диагностических параметров, что значительно сложнее. Для решения задачи постановки диагноза в этом случае необходимо на основе данных о надежности объекта выявить связи между его наиболее вероятными неисправностями и используемыми диагностическими параметрами.

Для данной цели применяют диагностические матрицы, являющиеся логической моделью, описывающей связи между диагностическими параметрами S и возможными неисправностями А₁, А₂, А₃ объекта.

С её помощью решается задача локализации одной из трех возможных неисправностей объекта с помощью, например, четырех диагностических параметров.

Физический смысл решения задачи заключается в наличии полученной комбинации диагностических параметров, вышедших за норматив, существованию одной из неисправностей.

Диагностические матрицы являются основой автоматизированных логических устройств, применяемых в современных средствах технического диагностирования.

Средства технического диагностирования (СТД).

Диагностическое оборудование предназначено как для проверки технического состояния автомобиля–базы в целом, так и СТД основных узлов и систем его навесных или встроенных рабочих органов дорожных и строительных машин.

Принято техническое состояние машины оценивать уровнем безопасности движения, тягово-экономическими характеристиками и воздействием на окружающую среду [42].

Средства технического диагностирования классифицируются по нескольким принципом деления. Основными их них являются следующие: функциональное назначение, метод контроля, тип привода рабочих органов, технологическое расположение, степень специализации, уровень автоматизации, мобильность и др.

При этом функциональное назначение определяет отнесение к соответствующему виду работ.

Метод контроля и принцип действия диагностического оборудования, зависим от метода измерения, на каком оно основано; это может быть метрический, виброакустический, оптический, резонансный.

Диагностическое оборудование может иметь механический, электрический, гидравлический, пневматический и комбинированный тип привода рабочих органов.

По технологическому расположению диагностическое оборудование может быть внешним (вне автомобиля и служит для периодического контроля и обслуживания), встроенным (непосредственно на машине) и смешанным. Внешнее оборудование технического диагностирования подразделяется на подвесное, напольное, канавное.

Встроенные СТД могут осуществлять как непрерывный, так и периодический контроль в автоматическом или управляемом режиме.

Смешанным оборудованием является такое оборудование, часть которого располагается на платформе (накопители информации), а другая часть, предназначенная для съема и анализа информации, – вне его.

По степени специализации все оборудование СТД делится на узкоспециализированное, которое можно использовать только для одного типа строительных машин и специализированное, используемое для обслуживания любых типов машин.

По уровню автоматизации диагностическое оборудование делится на ручное, механизированное и автоматизированное.

По мобильности диагностическое оборудование делится на передвижное, переносное, стационарное.

По взаимодействию с объектом диагностирования СТД можно разделить на три вида (табл. 8.2).

Таблица 8.2

Средства технического диагностирования (СТД)

Средства технического диагностирования автомобильной базы техники
1. Внешние	2. Встроенные (бортовые)	3. Устанавливаемые на машину
1.1. Стационарные стенды	2.1. Индикаторы Предельного состояния	3.1. СТД с оценкой и запоминанием данных
1.2. Переносные приборы	2.2. Устройства для централизованного съема информации	3.2. Информационно – советующие системы
2.3, Средства для оценки параметров состояния в динамике

Переносные приборы используются как в комплексе со стационарными стендами, так и отдельно для локализации и уточнения неисправностей на специализированных участках и постах ТО и ремонта.

Встроенные СТД включают в себя входящие в конструкцию автомобиля–базы датчики, устройства измерения, микропроцессоры и устройства отображения диагностической информации. Внешние стационарные СТД – стенды устанавливаются на фундаменты в специальных помещениях, оборудованных отсосом отработавших газов, вентиляцией, шумоизоляцией.

В современных СТД используют устройства автоматизации задания и поддержания тестового режима, измерения параметров и автоматизированное логическое устройство, осуществляющее постановку диагноза, компьютерные устройства обработки полученной информации и постановки диагноза.

Системы включают в себя следующие основные элементы: устройства, задающие тестовый режим; датчики, воспринимающие диагностические параметры и преобразующие их в сигнал, удобный для обработки или непосредственного использования; измерительное устройство и устройство отображения результатов (стрелочные приборы, цифровая индикация, экран осциллографа).

Все СТД предназначены для измерения количественных значений диагностических параметров. Конструктивно они отличаются разнообразием, вызванным различием физических процессов, положенных в основу принципа действия.

Как правило, в состав приборов, установок и стендов входят в различных комбинациях. Их диапазон очень широк и представляет собой традиционные и нетиповые конструкции приборов на панели перед водителем. На современных машинах постоянно расширяется палитра СТД как за счет введения новых, особенно электронных, обеспечивающих контроль состояния всех усложняющихся элементов конструкции машины, так и традиционных, обязательных с точки зрения потребителя.

Сложные современные микропроцессорные и компьютерные встроенные СТД позволяют оператору–водителю постоянно контролировать состояние элементов привода и рабочих механизмов тормозной системы, расход топлива, токсичность отработавших газов в процессе работы, автоматически выбирать оптимальные экономичные и безопасные режимы движения транспортного средства или своевременно прекращать движение при возникновении аварийной ситуации. Они своевременно должны обеспечить водителя надежными защитными средствами.

Современные СТД позволяет вовремя выявлять наступление предотказных состояний техники и рекомендовать проведение предупредительных воздействий по фактическому состоянию основных подсистем.

Это основано на различных видах диагностирования – периодическом и непрерывном.

Первое осуществляют через определенные периоды наработки объекта перед ТО или ремонтом машины, а второе – при помощи встроенных на автомобиле–базе диагностических средств, в процессе его эксплуатации.

В последние годы вместо встроенных СТД получили распространение устанавливаемые СТД (УСТД), отличающиеся от встроенных конструктивным исполнением средств обработки, хранения и выдачи информации и выполняемые в виде блока, который периодически устанавливается на систему-базу.

Поскольку плановые и заявочные диагностирования машины проводятся относительно редко, это позволяет иметь значительно меньшее количество УСТД по сравнению со встроенными, что экономически выгоднее.

УСТД изготавливаются на базе электронных элементов, что позволяет эффективно использовать ЭВМ для обработки получаемой диагностической информации о техническом состоянии машины, а также рекомендовать ее для решения задач управления производством ТО и ремонта диагностируемых единиц техники.