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

Подождите немного. Документ загружается.

170

но

- наработка начала постепенных отказов;

нд

- наработка начала диагностирования.

Рисунок 7.18 – Схема определения наработки начала

диагностирования

Величину наработки начала постоянного диагностирования

определяют, как правило, по заданному уровню вероятности

безотказной работы (рис. 7.18). Этот метод основан на выборе

такой величины наработки начала диагностирования, при которой

вероятность отказа элемента (Р) не превышает заранее заданной

величины, называемой риском. Для наиболее ответственных

элементов машины задаются вероятностью безотказной работы R=

0,95÷0,9, а для остальных элементов - R= 0,9÷0,85.

После определения наработки начала диагностирования

определяют дальнейшую периодичность диагностирования

описанным выше методом.

Таким образом, на практике, рекомендуется проводить

первое диагностирование после окончания периода приработки, с

целью определения начальных значений диагностических

параметров, второе диагностирование – при наработке

нд

171

далее постоянно, с установленной периодичностью

диагностирования.

7.5 Процесс диагностирования

В общем виде процесс диагностирования объекта включает в

себя два этапа:

первый этап - задание соответствующих режимов работы

объекту диагностирования;

второй этап - измерение его выходных параметров на

заданных режимах.

7.5.1 Режимы диагностирования

В зависимости от способа воздействия на объект

диагностики различают следующие виды режимов

диагностирования:

- режим функционального

диагностирования;

- режим тестового диагностирования.

При режиме функционального диагностирования все задачи

технического диагностирования решаются при работе машины по

назначению. В этом случае машина выполняет заданные функции

в обычном режиме и на неё поступают только рабочие

воздействия, предусмотренные алгоритмом функционирования

самой машины.

При режиме тестового диагностирования на машину

подаются специально организуемые тестовые

воздействия. Эти

воздействия поступают на машину от исследователя через органы

управления машиной либо (и) от контрольно-диагностических

средств. Состав и последовательность подачи этих воздействий

выбираются из условия эффективности организации процесса

диагностирования.

Применительно к автомобилю, это могут быть специальные

воздействия в виде задания определенной нагрузки, определенной

скорости движения или замедления, определенной частоты

вращения и т.д. Чаще всего эти тестовые воздействия задаются

автомобилю при его испытаниях на специальном диагностическом

172

оборудовании (мощностных или тормозных стендах, специальных

диагностических приборах).

При диагностировании автомобиля используются как

тестовые, так и функциональные режимы. Так, например, при

проверке работоспособности тормозов используется режим

экстренного торможения, т.е. тестовый режим, а при

определении эксплуатационного расхода топлива - режим

нормального функционирования автомобиля (функциональный

режим).

7.5.2 Измерение диагностических параметров

Любой процесс

технического диагностирования не

возможен без измерения диагностических параметров. При

диагностировании машин в качестве диагностических параметров

наиболее часто используются следующие физические величины:

геометрические, электрические, кинематические, статические,

динамические, тепловые, акустические [18,19].

Измерение диагностического параметра производится, как

правило, с помощью датчиков. Типы и разновидности датчиков

соответствуют физической сущности диагностических параметров

(табл. 7.1).

Таблица 7.1

№ Группа

параметров

Параметры Приборы, датчики,

инструменты

Геометрические длина, площадь, кривизна линии

или поверхности

измерительные

инструменты

Кинематические время, скорость, ускорение,

фаза, объемный расход

часы, секундомеры,

электронные измерители

интервалов времени

и т.д.

Электрические,

магнитные

сила тока, электрическое

сопротивление, электрический

заряд, напряжение, емкость,

магнитная индукция,

напряженность магнитного поля,

индуктивность, магнитная

проницаемость

амперметры, вольтметры,

ваттметры и т.д.

173

Статические и

динамические

масса, сила, давление, энергия,

мощность, коэффициент трения,

коэффициент сопротивления,

коэффициент упругости, момент

силы, момент инерции,

массовый расход, массовая

скорость потока

масса - весы;

сила - динамометры;

давление - манометры,

вакуумметры;

расход - расходомеры,

ротаметры,

счетчики объемного типа

Механические и

молекулярные

плотность, вязкость, количество

вещества, твердость, текучесть,

кинематическая вязкость,

концентрация

вязкость-вискозиметр;

плотность - ареометр

Тепловые температура, количество

теплоты, тепловой поток,

теплота сгорания топлива,

температурные коэффициенты

термометры,

электротермометры,

термоиндикаторы,

тепловизоры

Акустические параметры вибрации и шума,

звуковое давление,

интенсивность звука, высота,

тембр и громкость звука,

акустический коэффициент

поглощения

вибрация -

виброизмерительная

аппаратура; шум -

измерительные

микрофоны

Излучений сила света, яркость,

освещенность

Внешние

признаки

«поведение» объекта: ощутимые

изменения уровня шума,

вибрации, температуры,

параметров движения и т.д.

органы чувств человека,

опыт его работы,

интуиция

Классификация датчиков

1) По функциональному назначению датчики

подразделяются на датчики – преобразователи и пороговые

датчики.

2) По способу подключения к объекту диагностики датчики

подразделяются на легкосъемные и встроенные (рис. 7.19).

Датчики - преобразователи обеспечивают преобразование

контролируемого параметра в величину, удобную для ее передачи

к измерительным и логическим системам контроля. Такое

преобразование необходимо при контроле

как электрических, так

и неэлектрических выходных параметров.

Обычно контролируемый параметр преобразуется в

постоянное напряжение. В процессе преобразования информация

о величине контролируемого параметра не должна теряться,

поэтому чаще всего применяется линейное преобразование, когда

174

выходное постоянное напряжение датчика пропорционально

величине контролируемого параметра. В этом случае датчик -

преобразователь называется линейным.

Рисунок 7.19 – Классификация датчиков

Пороговым датчиком является такое устройство, которое

самостоятельно оценивает контролируемый параметр по

принципу: “в норме” - “не в норме”. Если контролируемый

параметр находится в пределах установленного допуска, то

пороговый датчик выдает сигнал одного потенциала или знака.

При выходе контролируемого параметра за пределы поля допуска

выдается сигнал другого потенциала или

знака.

В простейших системах сигнал от датчика передается на

регистрирующие или индикаторные устройства. Регистрирующие

устройства – это стрелочные или цифровые указатели, а

индикаторные устройства – это подсвечивающие табло или

звуковые сигналы. Датчик - преобразователь в сочетании с

указателем представляет собой простейшее средство измерения

любого параметра, в том числе и диагностического.

Пороговые датчики, как

правило, работают в сочетании с

индикаторным устройством. Эту систему можно отнести к

простейшим средствам диагностики, поскольку сам пороговый

датчик осуществляет допусковой контроль соответствующего

параметра.

Датчики

по назначению по способу подключения

датчики-

преобразователи

пороговые

датчики

легкосъёмные

встроенные

175

Легкосъемные датчики подсоединяются к объекту

диагностики только на период проведения диагностических

операций, а встроенные - встроены в конструкцию объекта и

являются его неотъемлемой частью. Встроенные датчики

подразделяются на:

- постоянно работающие, т.е. постоянно дающие

информацию об изменении контролируемого параметра;

- работающие только в период проведения диагностирования

объекта.

В последнее время для контроля

сложных машин, в том

числе и автомобиля, используются специальные датчики-приборы,

основанные на преобразовании электромагнитной энергии в

световую или тепловую, и наоборот. Такие датчики-приборы

обычно не требуют непосредственного контракта с

контролируемой машиной. Они просто устанавливаются вблизи

машины и реагируют на электромагнитные или тепловые

излучения, преобразуя их в световые или

электрические сигналы.

Примером применения таких датчиков-приборов является

использование тепловизоров в диагностике двигателей

внутреннего сгорания.

Характеристики датчиков

Основной характеристикой средств измерения является

погрешность измерения.

Напомним, что погрешности классифицируются следующим

образом:

1) По способу выражения погрешности делятся на:

абсолютные и относительные.

Абсолютные погрешности выражаются в единицах

измерения величины

АП=А

-А

где А

- показания прибора,

- действительное (истинное) значение измеряемой

величины.

Относительные погрешности выражаются отношением

абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой

величины (в %).

ОП= АП\А

*100% .

176

2) По характеру, при повторных измерениях, погрешности

делятся на систематические, случайные и промахи.

Систематическая погрешность измерения – это

составляющая погрешности средств измерения. Она остается

постоянной или закономерно изменяется при неоднократном

использовании средств измерения. Эта погрешность поддается

учету, в связи с чем, результат измерений может быть уточнен

путем введения поправок.

Случайная погрешность измерения

изменяется

непредвиденным образом при проведении повторных измерений

одной и той же величины. Случайная погрешность не может быть

исключена из результатов измерения, но может быть уменьшена

статистической обработкой совокупности наблюдений, т.е.

нахождением ее среднего значения.

Промахи - погрешности, возникающие вследствие

неисправности средств измерения или из-за грубых ошибок

оператора. Эти погрешности выявляются

при статистической

обработке результатов наблюдений, и они должны быть

исключены как неверные.

При нормировании погрешностей средств измерения

устанавливают пределы допускаемых погрешностей. Обобщенной

характеристикой пределов допускаемых погрешностей является

класс точности средств измерения.

Анализ показывает, что при одном измерении, при наличии

случайных погрешностей, нельзя сделать окончательный вывод.

Он может быть неверным. Следовательно,

в целях повышения

качества измерений, необходимо проводить несколько измерений

(2...3 и более). Но на практике при диагностировании, как правило,

проводится единичное измерение. Поэтому в этих случаях в

качестве предельной абсолютной погрешности измерения

принимается наименьшая цена деления шкалы прибора.

Учитывая вышеизложенное, в диагностических приборах

цена деления шкалы прибора подбирается с учетом точности

и достоверности диагностирования.

Важными характеристиками средств измерения являются

также диапазон и пределы измерений, стабильность,

чувствительность и быстродействие.

177

Диапазон измерений - область значений измеряемой

величины, для которой нормированы допускаемые погрешности

средств измерения. Наибольшее значение диапазона измерения

является пределом измерения.

Стабильность - постоянство во времени метрологических

характеристик средств измерения.

Чувствительность представляет собой способность средств

измерения реагировать на изменение входного сигнала.

Быстродействие характеризуется интервалом времени,

требуемым для реализации единичного измерения.

Быстродействие средств измерения

– характеристика, которая

очень важна при измерении быстропротекающих процессов. В

этом случае имеют место, в основном, динамические погрешности.

7.6 Оценка технического состояния машины

Оценка технического состояния машины состоит в

определении, в каком состоянии находится машина в данный

момент: в работоспособном или неработоспособном. В

технической диагностике эта операция носит название постановка

диагноза

Методика оценки технического состояния машины зависит

от типа и характера взаимосвязи структурного параметра (И) с

диагностическим параметром (S). Известно, что связь бывает:

однофакторная функциональная; однофакторная

стохастическая; многофакторная.

7.6.1 Постановка диагноза при однофакторной

функциональной зависимости между S и U.

При однофакторной функциональной зависимости

постановка диагноза сводится к сравнению текущего значения

диагностического параметра с предельно

-допустимым (Sпд).

Если текущее значение диагностического параметра (Si)

находится в интервале от начального значения (Sн) до предельно-

допустимого (Sпд) то объект исправен и работоспособен. Если

текущее значение диагностического параметра больше предельно-

допустимого, но меньше предельного (Sпр) – то объект

178

если

неисправен и требует ремонта. Если Si > Sпр то объект не

работоспособен (см. рис. 7.20)

Рисунок 7.20 – Схема постановки диагноза при функциональной

зависимости между S и U

7.6.2 Постановка диагноза при однофакторной

стохастической зависимости между S и U.

При стохастической зависимости между S и U процесс

постановки диагноза также сводится к сравнению

текущего

значения S

с предельно-допустимым S

пд

, но в этом случае процесс

постановки диагноза несколько усложняется, в основном из-за

Постановка

диагноза

Сравнение Si

с нормативом

Получение Si

Sн < Si ≤ Sпд

Sпд < Si < Sп

Si > Sп

Объект

работоспособен,

но неисправен

Объект

работоспособен

иагноз

Объект не

работоспособен

179

наличия разброса значений параметра S при конкретном значении

параметра U.

Рисунок 7.21 - Схема изменения диагностического параметра

при стохастической зависимости между S и U

При небольших значениях наработки от 0 до ℓ

(см. рис.

7.21) при любом ℓ

отклонение в определении величины S

будет

небольшим (типа ∆S

при ℓ

). В этом случае постановка диагноза

путем сравнения S

c S

пр

(с учётом ∆S

пр

) будет однозначной

(верной) и объект будет признан исправным.

Сложнее с постановкой диагноза в области от ℓ

до ℓ

. Ставя

диагноз объекту в этом диапазоне наработки (например точка А

при ℓ

) путем сравнения S

c S

пд

, можно совершить ошибку, а

именно, признать исправный объект неисправным, и наоборот,

признать неисправный объект исправным.

Это будет происходить из-за неточности самого метода

диагностирования (разброс значений ∆ Sі

) и из-за разброса

значений ∆ S

пд