Диагностические параметры и их характеристики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Диагностические параметры и их характеристики

Одним из путей повышения эксплуатационной надежности машин является использование технического диагностирования.

Для оценки технического состояния объекта необходимо определить текущее значение структурного параметра и сравнить это значение с нормативным. Однако структурные параметры в большинстве случаев не поддаются измерению без разборки узла или агрегата. Конечно, только ради получения информации об уровне технического состояния никто не будет разбирать исправный агрегат или узел, так как это связано, во-первых, с значительными трудовыми затратами, и, во-вторых, что главное, каждая разборка и нарушение взаимного положения приработавшихся деталей приводят к сокращению остаточного ресурса на 30-40% (см. рис. 1).

Рисунок 1 - Кривая изменения интенсивности изнашивания двух сопряженных деталей: 1 - без разборки; 2 - после разборки; I - зона приработки; II - зона нормальной работы; III - зона интенсивного изнашивания; ?l_р - снижение ресурса из-за разборки

Для этого при диагностировании о значениях структурных показателей судят по косвенным, диагностическим признакам, качественной мерой которых являются диагностические параметры. Таким образом, диагностический параметр - это качественная мера проявления технического состояния автомобиля, его агрегата и узла по косвенному признаку, определение количественного значения которого возможно без их разборки. Между структурными (у) и диагностическими (S) параметрами в зависимости от сложности объекта могут существовать различные взаимосвязи (рис. 2).

Рисунок 2 - Возможные связи между структурными и диагностическими параметрами: с - единичные; б - множественные; в-неопределенные; г - комбинированные

Для определения в сложных случаях возможного набора диагностических параметров и выбора из них наиболее удобных для использования применяют построение структурно-следственной схемы узла или механизма. Структурно-следственная схема представляет собой граф-модель, увязывающую 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. 3.

Рисунок 3 - Структурно-следственная схема цилиндропоршневой группы двигателя как объекта диагностирования

надежность машина диагностирование цилиндропоршневой

Пользуясь подобной схемой, составленной на основе инженерного изучения объекта диагностирования, можно применительно к определенному перечню структурных параметров и неисправностей установить первоначальный перечень диагностических параметров и связи между теми и другими. Закономерности изменения значений диагностических параметров обусловлены изменениями структурных параметров механизма. Аналогично структурным диагностические параметры имеют номинальные значения S_H, соответствующие исправному состоянию нового изделия, предельные S_п соответствующие условной границе перехода объектов в неисправное состояние и предельно допустимые S_п.д.

Так же, как структурные, диагностические параметры имеют различную значимость и, как правило, определяют техническое состояние сложного механизма, агрегата, системы автомобиля комплексно.

При измерении диагностических параметров неизбежно регистрируются помехи, которые обусловлены конструктивными особенностями диагностируемого объекта и избирательными способностями прибора и его точностью. Это затрудняет постановку диагноза и снижает его достоверность. Поэтому следующим важным этапом является отбор из выявленной исходной совокупности наиболее значимых и эффективных в использовании диагностических параметров, для чего они должны отвечать четырем основным требованиям: однозначности, стабильности, чувствительности и информативности.

Требование однозначности заключается в том, что все текущие значения диагностического параметра S должны однозначно соответствовать значениям структурного параметра у в интервале изменения технического состояния механизма, агрегата (рис. 4).

Рисунок 4 - Характеристика неоднозначного (1) диагностического параметра с экстремумом в точке А и однозначных параметров (убывающего 2 и возрастающего 3)

Математически это требование определяется условием: dS/dy?0, т.е. отсутствием перехода от возрастания к убыванию или, наоборот, в диапазоне y_н<y_i,<y_п.д..

Стабильность диагностического параметра определяется дисперсией его величины при многократных замерах в неизменных условиях измерения на объектах, имеющих одно и то же значение структурного параметра (рис. 5). Нестабильность диагностического параметра снижает достоверность оценки технического состояния механизма с его использованием, что в некоторых случаях заставляет отказаться от быстродействующих и удобных методов диагностирования.

Рисунок 5 - Плотность распределения результатов замеров значения диагностического параметра S_i при y_i

Чувствительность диагностического параметра определяется скоростью его приращения при изменении величины структурного параметра и математически описывается зависимостью dS / dy >> 0 (рис. 6).

Рисунок 6 - Характеристика высокочувствительного (1) и малочувствительного (2) диагностических параметров

Требование чувствительности является важным для оценки качества диагностического параметра и служит удобным критерием при выборе наиболее эффективного метода диагностирования в конкретных условиях.

Так, например, на рис. 6 графическое изображение диагностического параметра 1 соответствует изменению количества газов, прорывающихся в картер двигателя, а 2 - изменению компрессии в цилиндрах двигателя в зависимости от износа деталей цилиндропоршневой группы.

В первом случае мы имеем параметр, значение которого, например, для двигателя ЗИЛ-130 изменяется от номинального значения 22 л/мин до предельно допустимого, равного 120 л/мин, т.е. почти в 6 раз. У второго же параметра значение для данного двигателя меняется от 0,75 МПа у нового до 0,63 МПа, соответствующего полностью изношенной цилин-дропоршневой группе, т.е. уменьшается всего на 16%. С учетом имеющейся нестабильности второго диагностического параметра можно сделать вывод о практической невозможности использования его из-за малой чувствительности для определения промежуточных значений износа цилиндропоршневой группы и прогнозирования ее остаточного ресурса. Его использование эффективно при выявлении крупных неисправностей, таких, как залегание поршневых колец, зависание клапана, предельный износ цилиндропоршневой группы. И, наоборот, первый параметр - прорыв газов в картер позволяет с высокой степенью точности оценить уровень износа деталей, определить остаточный ресурс и наметить сроки предупредительных регламентных работ. По этой причине этот метод широко используется для индивидуального прогнозирования технического состояния цилиндропоршневой группы.

Информативность является главным критерием, положенным в основу определения возможности применения параметра для целей диагностирования. Она характеризует достоверность диагноза, получаемого в результате измерения значений параметра. Количественно информативность диагностического параметра можно оценить через снижение неопределенности знаний о техническом состоянии объекта после использования информации по результатам диагностирования.

Рассмотрим графическое изображение сравнительной информативности диагностических параметров, основанное на совместном анализе распределения значений параметров f₁(S) и f₂(S), соответствующих исправным и неисправным объектам (рис. 7).

Рисунок 7 - Плотность вероятности информативного (а) и малоинформативного (б) диагностических параметров для групп исправных (1) и неисправных (2) объектов

Очевидно, что чем меньше площади перекрытия кривых распределения, представляющие собой суммарные вероятности ошибок первого и второго рода, тем информативней параметр и тем более достоверными будут результаты диагностирования.

Так, в приведенном на рис. 7 примере, информативному параметру соответствует прорыв газов в картер двигателя, а малоинформативному параметру соответствует люфт редуктора главной передачи.

В первом случае с помощью назначения предельно допустимого значения параметра статистическим методом представляется возможным свести к минимуму ошибку второго рода и почти все поле значений параметра от номинала до предельно допустимого значения будет однозначно соответствовать исправному состоянию объекта. Во втором случае при значении диагностического параметра меньше предельно допустимого норматива такой однозначной оценки состояния объекта диагностирования дать невозможно. Здесь можно оценить фактическое состояние объекта только с вероятностных позиций, учитывая соотношение для данного значения параметра вероятностей:

Отсюда информативность данного диагностического параметра можно оценить значением коэффициента:

где

Кроме указанных требований, предъявляемых к диагностическим параметрам, их качество оценивается также по затратам на диагностирование и по технологичности диагностирования, основанного на применении данного параметра. Перечисленные требования обусловливают выбор диагностических параметров при разработке методов, средств и процессов технического диагностирования.

Общий процесс технического диагностирования включает в себя (рис. 8):

· обеспечение функционирования объекта на заданных режимах или тестовое воздействие на объект;

· улавливание и преобразование с помощью датчиков сигналов, выражающих значения диагностических параметров, их измерение;

· постановку диагноза на основании логической обработки полученной информации путем сопоставления с нормативами.

Рисунок 8 - Схема процесса диагностирования

Диагностирование осуществляется либо в процессе работы самого автомобиля, его агрегатов и систем на заданных нагрузочных, скоростных и тепловых режимах (функциональное диагностирование), либо при использовании внешних приводных устройств (роликовых стендов, подкатных и переносных приспособлений), с помощью которых на автомобиль подаются тестовые воздействия (тестовое диагностирование). Эти воздействия должны обеспечивать получение максимальной информации о техническом состоянии автомобиля при оптимальных трудовых и материальных затратах.

Например, мощностные показатели автомобиля проверяют на режиме максимального крутящего момента, экономические показатели на режиме, соответствующем реализации контрольного расхода топлива, т.е. при наиболее экономичной скорости и при нагрузочном режиме, имитирующем движение автомобиля по ровному горизонтальному отрезку пути с асфальтобетонным покрытием. Тормозные качества проверяют при таких скоростях и нагрузках, которые позволяют надежно выявить основные неисправности тормозной системы автомобиля. Большинство нормативных показателей разрабатывается применительно к оптимальным тестовым режимам диагностирования.

Как показано на рис. 8, у объекта диагностирования, выведенного на заданный режим, с помощью специального датчика (механического, гидравлического, пьезоэлектрического, индукционного и др.) воспринимается сигнал, отражающий диагностический параметр S, характеризующий, в свою очередь, значение структурного параметра у.

Различают легкосъемные и встроенные датчики. Первые устанавливаются на объект на время диагностирования (магнитные, навесные, на зажимах и т.п.), а вторые являются элементами конструкции автомобиля. Встроенные датчики могут быть подключены к контрольным приборам для постоянного наблюдения или к централизованным штепсельным разъемам.

От датчика сигнал в трансформированном виде S' поступает в измерительное устройство, затем количественное значение диагностического параметра S_i, выдается устройством отображения данных (стрелочный прибор, цифровая индикация и т.п.).

В автоматизированных средствах технического диагностирования при помощи специального логического устройства, функционирующего на базе микропроцессора, выполняется автоматическая постановка диагноза и выдаются рекомендации в нормативной форме о возможности дальнейшей эксплуатации или необходимости проведения ремонтно-регулировочных операций и замен неисправных элементов. В неавтоматизированных СТД процесс постановки диагноза осуществляется оператором.

В зависимости от задачи диагностирования и сложности объекта диагноз может различаться по глубине. Для оценки работоспособности агрегата, системы, автомобиля в целом используются выходные параметры, на основании которых ставится общий диагноз типа «да», «нет» («годен», «не годен»). 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 трудностей. Она практически сводится к сравнению измеренной величины диагностического параметра с нормативом.

Постановка диагноза, когда производится поиск неисправности у сложного механизма, системы и используется несколько диагностических параметров, существенно 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 этой цели в практике диагностирования автомобилей наиболее часто применяют диагностические матрицы.

Диагностическая матрица представляет собой логическую модель, описывающую связи между диагностическими параметрами S и возможными неисправностями А объекта (рис. 9).

Рисунок 9 - Диагностическая матрица

Единица в месте пересечения строки и столбца означает возможность существования неисправности, а ноль - отсутствие такой возможности. Применяют также и более сложный вариант вероятностных матриц, в которых на пересечении столбцов и строк вместо единиц и нулей подставляются полученные экспериментальным путем статистические оценки вероятностей возникновения данной неисправности при достижении диагностическим параметром допустимого или предельного значения.

С помощью представленной на рис. 9 диагностической матрицы решается задача локализации одной из трех возможных неисправностей объекта с помощью четырех диагностических параметров. Физический смысл решения задачи заключается в определении соответствия полученной комбинации диагностических параметров, вышедших за норматив, существованию одной из неисправностей. Так, в рассматриваемом примере имеем: неисправность А₁ возникает в случае одновременного выхода за норматив параметров S₁ и S₃, неисправность А₂ - параметров S₂ и S₄, и неисправность А₃ - параметров S₃ и S₄.

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

Если известны нормативные значения диагностических параметров, можно прогнозировать остаточный ресурс машины, т.е. ее наработку от момента диагностирования параметра до момента получения им предельного значения.

Прогнозирование остаточного ресурса наиболее часто производится функционально-статистическим методом, основанным на закономерности изменения параметра состояния от номинального до предельного значения, выражаемой степенной функцией:

U(t)=V_ct^б_i,

U(t) - изменение параметра во времени; V_c - случайная величина, характеризующая скорость изменения параметра; t_i - наработка к моменту диагностирования; б - показатель степени, определяющий закономерность изменения параметра.

В зависимости от исходных данных возможны два варианта прогнозирования.

Вариант 1. Известна наработка t_i от начала эксплуатации до момента проведения диагностирования. Тогда остаточный ресурс:

где U_п - предельное значение параметра; U_ном - номинальное значение параметра; U_и - измеренное значение параметра.

Вариант При неизвестной наработке t_i прогнозирование осуществляют по результатам двух измерений, например при проведении очередных ТО. В этом случае остаточный ресурс:

где U₁ - значение параметра при первом измерении; U₂ - значение параметра при втором измерении; t₂ - наработка между двумя измерениями.

Библиографический список

1. Стандартизация и сертификация в сфере услуг [Текст]: учебн. пособие для вузов/под ред. А.В. Ракова. - М.: Мастерство, 2010. - 208 с

2. Коммерческое товароведение и экспертиза[Текст]: учебн. пособие для вузов/Г.А. Васильев [и др.]; отв. ред. Г.А. Васильева и Н.А. Нагапетьянца. - М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 2008. - 135 с.

3. Товарная экспертиза [Текст]: учебник для вузов / Н.М. Чечеткина, Т.И. Путилина, В.В. Горбунева. - Ростов н / Д: Феникс, 2010. - 512 с.

4. Кравец, В.Н. Законодательные и потребительские требования к автомобилям [Текст]/ В.Н. Кравец, Е.В. Горынин. - Н. Новгород, 2009. - 176 с.

5. Мороз, С.М. Комментарий к ГОСТ Р 51709 - 2001 «Автотранспортные средства. Требования к техническому состоянию и методам проверки» [Текст]/ С.М. Мороз. - М.: Транспорт, 2008.-240 с.

6. Хазаров, А.М. Диагностирование легковых автомобилей на станциях технического обслуживания [Текст]: учеб. пособие для вузов / А.М. Хазаров, А.М. Кривенко Е.И. - М.: Высшая школа, 2007. - 146 с.

7. Андрианов, Ю.В. Оценка автотранспортных средств [Текст]/ Ю.В. Андрианов. - М.: Дело, 2008. - 488 с.

8. Бешелев, С.Д. Математико-статистические методы экспертных оценок [Текст]/ С.Д. Бешелев, Гурвич С.Ф. - М.: Высшая школа 2010. - 364 с.

9. Марков, О.Д. Автосервис. Рынок - автомобиль - клиент [Текст]/ О.Д. Марков. - М.: Транспорт, 2009. - 270 с.

Размещено на Allbest.ru