Методы и средства диагностирования технического состояния и прогнозирования ресурса машин

 

 

В целом методы диагностирования машин можно разделить на субъек-тивные и объективные.

 

Субъективные методы позволяют оценивать техническое состояние кон-тролируемого объекта: визуальным осмотром (выявляют места подтекания топлива, масла и технических жидкостей, определяется их качество по пятну на фильтровальной бумаге; наличие трещин на металлоконструкции; деформация шин и остаточная деформация металлоконструкции; заметная на глаз усадка штока силового цилиндра при нейтральной позиции рукоятки золотника рас-пределителя, вспенивание жидкости, цвет выхлопных газов и т.д.); ослушива-нием (характер шумов, стуков и вибрации); по степени нагрева механизмов и трубопроводов «на ощупь»; по характерному запаху.

 

Достоинство субъективных методов — низкая трудоемкость и практиче-ское отсутствие средств измерения. Однако результаты диагностирования эти-

 

ми методами дают только качественную оценку технического состояния объек-та и зависят от опыта и квалификации диагноста.

 

Объективные методы контроля работоспособности объекта основаны на использовании измерительных приборов, стендов и другого оборудования, поз-воляющих количественно определять параметры технического состояния, ко-торые изменяются в процессе эксплуатации машины. В процессе диагностиро-вания строительных и дорожных машин используются средства самых различ-ных принципов и назначения, что приводит к большому разнообразию приме-няемых методов. Наибольшее предпочтение отдается методам, определяемым непосредственно структурные параметры.

 

В настоящее время известен ряд объективных методов и средств диагно-стирования работоспособности машин в целом, ее систем и сборочных единиц: статопараметрический, амплитудно-фазовых характеристик, временной, сило-вой, переходных характеристик, виброакустический, тепловой, анализа состоя-ния жидкостей, радиационный, электрический, нефелометрический и др.

 

Статопараметрический метод широко используется в Беларуси и за рубе-жом, основан на измерении давления и подачи или расхода рабочей жидкости и позволяет оценивать объемный коэффициент полезного действия. Он позволяет определить величину структурного параметра и экономическую целесообраз-ность дальнейшей эксплуатации диагностируемого объекта. Однако для под-ключения датчиков к сборочным единицам необходимо разъединять трубопро-воды и рукава.

 

Метод амплитудно-фазовых характеристик реализуется с использованием встроенных или накладных датчиков и базируется на анализе волновых процес-сов изменения давления в напорной магистрали при нагружении рабочего орга-на и соответственно в сливной при дросселировании рабочей жидкости. Метод широко используется для общей оценки работоспособности объекта с высокой степенью жесткости в нагнетательной магистрали и локализации неисправно-сти.

 

Временной метод основывается на измерении параметров движения объ-екта или его рабочего органа в условиях нормированных режимов нагружения.

 

Широко используется при оценке работоспособности гидропривода в це-лом, так, время подъема ковша погрузчика от минимального до максимального значения при номинальной частоте вращения коленчатого вала ДВС характери-зует работоспособность гидравлической системы привода рабочего оборудова-ния, а продолжительность перемещения управляемых колес из одного крайнего положения в другое — гидропривода рулевого управления. К достоинствам ме-тода относится возможность использования простых средств измерения, не требующих установки датчиков, но трудно обеспечить необходимую точность из-за сложности повторения необходимого режима.

 

Силовой метод основан на определении диагностических параметров че-рез усилия на рабочем органе, движителе или крюке. К достоинствам данного метода относится оценка работоспособности объекта в целом на режимах, при-ближенных к реальным, но для его реализации требуются специальные нагру-зочные стенды.

 

Метод переходных характеристик базируется на анализе явлений, проте-кающих при неустановившихся режимах работы. Этот метод широко использу-ется для проверки герметичности пневмо- и гидросистем. Создается необходи-мое давление и при отключении подачи воздуха или рабочей жидкости по вре-мени падения давления в диагностируемой части системы оценивают работо-способность соответствующих элементов.

 

Перспективен этот метод при оценке технического состояния гидропри-вода на основании характера волновых процессов, протекающих в системе при перекрытии потока рабочей жидкости. Метод обладает высокой информатив-ностью и может быть реализован с помощью накладных и встроенных датчи-ков. Однако расшифровка волновых диаграмм весьма сложная задача и требует дорогого оборудования.

 

Виброакустический метод основан на анализе параметров вибраций и акустических шумов. Работа любой сборочной единицы сопровождается виброударными процессами и (или) акустическими шумами. Например, в со-пряжениях плунжерных пар топливных насосов высокого давления, клапанов форсунок, газораспределительного механизма и гидропривода, подщипников

 

кривошипно-шатунного механизма в процессе эксплуатации нарушаются за-проектированные кинематические связи между деталями, вследствие чего ха-рактер вибрации и шума изменяется. Это свойство используется при диагно-стировании объекта.

 

Сигналы, исходящие от работающих механизмов, носят импульсный ха-рактер, а их амплитуда достаточно точно характеризует состояние кинематиче-ской пары. При виброакустическом методе контроля большое значение имеет правильный выбор первичных преобразователей. Пьезоэлектрические датчики с учетом применения компьютерных технологий дают хорошие результаты. Этот метод перспективен, обладает высокой информативностью. Однако отде-ление полезных сигналов от помех, создаваемых различными сопряжениями контролируемой системы, затруднено.

 

Тепловой метод основан на оценке распределения температуры на по-верхностях сборочных единиц, а также разности температур рабочей жидкости на входе и выходе. Характерные точки выбираются исходя из конструктивных особенностей элементов и расположения в них областей генерации тепла. Ме-тод универсальный и может быть реализован при помощи накладных, встроен-ных и дистанционных датчиков. Однако измерение разности температур по-верхности элемента с приемлемой для практики точностью, трудоемкостью и продолжительностью возможно при использовании специальных высокочув-ствительных датчиков с линейной и стабильной характеристикой. Кроме того, для сокращения продолжительности и повышения точности измерения они должны иметь как можно меньшую площадь и массу, что позволяет не иска-жать тепловое поле поверхности.

 

Метод анализа состояния ТСМ и рабочей жидкости основан на определе-нии их свойств и состава вредных примесей. В связи с низкой трудоемкостью, высокой информативностью и возможностью вести обработку взятых проб в лабораторных условиях метод перспективен, но имеются определенные труд-ности в выявлении неисправных элементов. При работе любой сборочной еди-ницы происходит изнашивание поверхностей сопрягаемых деталей. Интенсив-ность изнашивания оценивается количеством частиц металла. Зная химический

 

состав трущихся деталей, можно проследить за динамикой потери их работо-способности.

 

Радиационный метод основан на изменении интенсивности излучения, проходящего через объект диагностирования. Этот метод предполагает наличие источника ионизирующего излучения и детектора, регистрирующего диагно-стируемую информацию. Этот метод позволяет получать достоверную инфор-мацию об изнашивании отдельных деталей или наличии в них дефектов, однако требует значительных материальных средств и специализированного оборудо-вания.

 

Электрический метод заключается в непосредственных замерах электри-ческих параметров (мощности, силы тока, напряжения, сопротивления и др.). Этот метод широко используется при оценке работоспособности электрических приводов и металлоконструкций С ДМ. Имеет много разновидностей в зависи-мости от характера взаимодействия физических полей, первичного информаци-онного параметра и способа его получения.

 

При нефелометрическом методе сравнивают интенсивность двух свето-вых потоков: рассеянного эталонной жидкостью, не содержащей загрязнений, и жидкостью того же типа, взятой из емкости работающего объекта. Интенсив-ность рассеянного света пропорциональна концентрации частиц в жидкости и зависит от их оптических свойств, углов падения и рассеивания света. Созда-ются также приборы, позволяющие осуществлять анализ рабочих жидкостей непосредственно в потоке. Действие этих приборов основано на определении с помощью фотоэлектрического датчика числа и размеров частиц, проходящих вместе с жидкостью через калиброванную щель, которая имеет по бокам про-зрачные окна. При проходе каждой частицы загрязнений происходит частичное затемнение фотодиода, в результате на выходе схемы образуется импульс, ам-плитуда которого соответствует размеру частиц.

 

Приведенные методы можно объединить в группы по применяемым па-раметрам, первичным преобразователям, способам нагружения объектов диа-гностирования и т.д.