Токарев А.Н. Основы теории надёжности и диагностика. Учебник

Подождите немного. Документ загружается.

150

- технико-экономические параметры (динамичность, сила

тяги на ведущих колесах, расход топлива);

- параметры тормозной эффективности (тормозные силы на

ведущих колесах, тормозной путь, замедление автомобиля при

торможении);

- параметры ходовых свойств (боковая сила на управляемых

колесах, выбег автомобиля);

- экологические параметры (токсичность отработавших

газов, дымность, шум, вибрация).

Параметры сопутствующих процессов. Сопутствующие

процессы

- это неизбежные и в большинстве случаев бесполезные

процессы, возникающие попутно с рабочими процессами самого

разнообразного характера. Иногда в литературе сопутствующие

процессы называют паразитными процессами, подчеркивая этим

их бесполезность и даже вредность. Это вибрация, стуки,

тепловыделения и другие процессы.

В большинстве случаев сопутствующие выходные процессы

обладают определенными характеристиками и параметрами,

изменяющимися

адекватно структурным параметрам. В этом

случае параметры этих сопутствующих процессов можно

использовать для оценки технического состояния машины.

Применительно к автомобильному транспорту в качестве

диагностических используются следующие параметры

сопутствующих процессов:

- давление в рабочих объемах (величина давления, падение

давления, перепад давления, пульсация давления и т.д.);

- температура нагрева поверхности элементов автомобиля

(

температура, скорость нарастания температуры, разность

температур и т.д.);

- уровень вибрации и шума (частота, амплитуда, фаза,

интенсивность звука, высота звука, тембр звука, громкость звука и

т.д.);

- электрические и магнитные характеристики и их изменения

(сила тока, напряжение, мощность тока, электрическое

сопротивление, емкость, магнитная индуктивность, магнитная

проницаемость и т.д.);

- физико-химический состав отработавших эксплуатаци-

онных материалов (процент содержания посторонних продуктов в

151

эксплуатационных материалах, таких как моторные и

трансмиссионные масла, выхлопные газы, охлаждающая жидкость

и т.д.).

Физические параметры. При определении технического

состояния машины возможно измерение некоторых физических

параметров, находящихся в тесной взаимосвязи со структурными

параметрами, характеризующими техническое состояние машины.

Физические параметры, используемые в диагностике

автомобиля, по физической сущности можно разделить на

следующие группы:

- геометрические (длина, площадь, плоский угол, телесный

угол, кривизна линии, кривизна поверхности и др.);

- кинематические (время, скорость, ускорение, угловая

скорость, угловое ускорение, период, частота периодического

процесса, фаза, объемный расход);

- статические (масса, сила, давление).

По объему и характеру информации диагностические

параметры делятся на:

а) общие (интегральные); б) поэлементные.

Общие параметры - это параметры, характеризующие

техническое состояние объекта в целом. Они в большинстве

случаев не дают сведений о конкретной неисправности машины.

Применительно к автомобильному транспорту к ним

относятся: мощность на ведущих колесах, мощность двигателя,

расход топлива, тормозной путь, вибрация, шум и т.д.

Поэлементные параметры - это параметры, которые

указывают на вполне

конкретную неисправность узла или

механизма машины.

7.2.2 Связь между структурными и диагностическими

параметрами

Связь между структурными (U) и диагностическими (S)

параметрами может быть однофакторной или многофакторной.

Однофакторная зависимость – это когда изменению одного

структурного параметра соответствует изменение одного

диагностического параметра. При многофакторной зависимости

изменение одного или нескольких диагностических параметров

152

соответствуют изменению одного или нескольких структурных

параметров (рис. 7.3).

Рисунок 7.3 - Классификация связей между структурными и

диагностическими параметрами

Однофакторная зависимость, в свою очередь,

подразделяется на:

а) функциональную;

б) стохастическую.

При функциональной зависимости каждому значению

структурного параметра соответствует конкретное значение

диагностического параметра (S = f(u)) (рис. 7.4). C точки зрения

диагностики - это самая удобная зависимость, позволяющая

определять

техническое состояние машин с высокой точностью.

Пример из области автомобильного транспорта: это

зависимость свободного хода педали сцепления (диагностический

параметр) от величины зазоров в сопряжениях приводного

механизма (структурный параметр).

При стохастической зависимости каждому значению

структурного параметра (Ui) соответствует диапазон значений

диагностического параметра (∆Si) (рис. 7.5).

В реальных условиях большинство зависимостей являются

стохастическими, поскольку

явно выраженной, в идеале,

функциональной зависимости между структурными и

диагностическими параметрами практически нет.

Связь меж

ду

S и U

но

акто

ная Много

акто

ная

фу

нк

иональная

стохастическая

153

Многофакторная зависимость, это сложная зависимость

между структурными и диагностическими параметрами. Она

представляет собой зависимость одного или нескольких

диагностических параметров от одного или нескольких

структурных параметров, причем и структурные и

диагностические параметры могут быть взаимозависимы между

Sн

Ui U

Рисунок 7.4 - Связь между S и U однофакторная функциональная

ср

Sн

Ui U

∆

Рисунок 7.5 - Связь между S и U однофакторная стохастическая

154

собой. Более подробно эта зависимость рассматривается в

специальной литературе по технической диагностике [13,16].

Примером такой зависимости из области автомобильного

транспорта может служить оценка технического состояния

цилиндропоршневой группы (ЦПГ) по изменению величины

давления в камере сгорания на такте сжатия (компрессии).

Компрессия – это диагностический параметр, который зависит от

следующих структурных параметров: степени износа сопряжения

поршень – цилиндр, герметичности клапанов, герметичности

прокладки между головкой и блоком цилиндров. Таким образом, в

этом примере один диагностический параметр связан с тремя

структурными параметрами.

Многофакторная зависимость хорошо выражается

структурно – следственными схемами (рис. 7.6). Структурно–

следственная схема увязывает в единое целое структурные и

диагностические параметры. Такие схемы составляются на основе

инженерного изучения

объекта диагностирования.

Рисунок 7.6 - Структурно-следственная схема

Многофакторная зависимость, в ряде случаев, может быть

выражена также и через диагностические матрицы (рис. 7.7).

…

1-й уровень -

элементы

2-й уровень

–

структурные

параметры

3-й уровень - диагностические

параметры

155

S1 S2 …… Si

∑

U1 P11 P12 …… P1i UP1

U2 P21 P22 …… P2i UP2

…… ……. ……. …… …… ……

Uj Pj1 Pj2 …… Pji UPj

Рисунок 7.7 - Диагностическая матрица

Диагностическая матрица представляет собой двухзначную

логическую модель, описывающую вероятностные связи между

структурными и диагностическими параметрами.

Решение диагностической матрицы позволяет определить

возможные неисправности у данного объекта [16].

7.2.3 Выбор выходных параметров для целей диагностики

При разработке методов диагностирования машин часто

возникает ситуация, когда у машины имеется большое количество

выходных параметров и требуется сделать выбор, какой из этих

параметров можно и целесообразно принять в качестве

диагностического.

Для того, чтобы выходной параметр мог использоваться в

качестве диагностического, он должен удовлетворять требованиям

однозначности и технологичности.

Требование однозначности заключаются в том, что все

текущие значения диагностических параметров должны

однозначно соответствовать значениям структурного

параметра в

интервале изменения технического состояния объекта

диагностирования. Математически это требование определяется

условием: dS/dU≠0, т.е. отсутствием перехода функции от

возрастания к убыванию или наоборот (рис. 7.8).

156

Рисунок 7.8 - Схема понятия требования однозначности

На рисунке 7.8 кривые 1 и 2, отражающие изменение

диагностического параметра в зависимости от структурного,

соответствуют требованию однозначности, а кривая 3 - не

соответствует требованию однозначности, т.к. имеет экстремум в

т. А. Кривая 1 - убывающая функция, кривая 2 - возрастающая

функция.

Из рисунка 7.8 видно, что выходной параметр № 3 не

может быть взят

в качестве диагностического, т.к. одному и тому

же значению S

соответствует два значения структурного

параметра U

и U

, что может привести к ошибке диагноза.

Технологичность - это возможность измерения выходного

параметра с минимальными затратами труда и средств.

Технологичность определяется удобством подключения

диагностической аппаратуры, простотой измерения и обработки

результатов измерения. Характеризуется трудоемкостью и

стоимостью диагностирования.

Если измерение выходного параметра превышает стоимость

измерения самого структурного параметра, то такой выходной

параметр, как

правило, не рекомендуется использовать в качестве

диагностического.

При ситуации, когда один и тот же структурный параметр

может быть оценен несколькими диагностическими, то выбор

производится на основе следующих свойств диагностического

157

параметра: чувствительности, стабильности, информативности

и экономичности.

Чувствительность диагностического параметра

характеризуется скоростью его приращения (dS). Оценивается

чувствительность коэффициентом чувствительности:

=dS/dU.

На рисунке 7.9 диагностический параметр № 1 более

чувствителен, чем диагностический параметр № 2, т.к.

приращение первого диагностического параметра (dS

) больше,

чем приращение второго (dS

) при одном и том же изменении

структурного параметра dU. Свойство чувствительности является

важным для оценки качества диагностического параметра и

служит одним из основных критериев при выборе наиболее

эффективного метода диагностирования.

Стабильность диагностического параметра

характеризуется наибольшим отклонением его величины от

среднего значения, характеризующего рассеивание параметра при

неизменных условиях измерения. Чем меньше рассеивание,

тем

dS2

dS1

Рисунок 7.9 - Схема понятия свойства чувствительности

158

выше стабильность. Происходит это в основном из-за ошибки

метода диагностирования. Нестабильность диагностического

параметра снижает достоверность оценки объекта диагностики.

На рисунке 7.10 диагностический параметр № 2 более

стабилен, чем диагностический параметр № 1 (∆U

>∆U

Информативность – свойство, характеризующее

достоверность диагноза и применяемое для параметров, имеющих

многофакторную зависимость между собой.

Информативность определяется вероятностью

существования неисправности при положительном значении

диагностического параметра (вероятность правильной постановки

диагноза). Количественно информативность можно определить из

совместного анализа плотностей распределения значений

параметра f

(S) и f

(S), соответствующих заведомо исправным и

неисправным объектам.

U Ui

∆U1

∆U2

Sн

Рисунок 7.10 - Схема понятия свойства

стабильности

159

Рисунок 7.11 - Схема понятия свойства информативности

На рисунке 7.11 показано, что параметр S достаточно

информативен (рис. 7.11, а); параметр S

– мало информативен

(рис. 7.11, б); параметр S

– не информативен (рис. 7.11, в).

Для количественного определения информативности

необходимо подсчитать величину “площади перекрытия”, т.е.

вероятность ошибки диагноза. Чем выше информативность

диагностического параметра, тем на большую величину снижается

а) достаточно информативен

)

мало ин

мативен

)

не ин

мативен