Понятие о надежности транспортного процесса 1 страница

Стратегии и системы контроля технического состояния

Классификация методов диагностики технического состояния

Место диагностики в системе поддержания технического состояния автомобиля

Взгляды на назначение диагностирования на АТП, его организацию в системе ТО и ремонта, методы выбора организационных решений с начала развития диагностики постоянно изменяются в сторону более широкого использования ее возможностей. Несмотря на имеющиеся трудности с внедрением диагностирования, вызванные нехваткой диагностического оборудования, кадров, производственных площадей, результаты выполненных в этой области исследований показывают, что перечень задач, решаемых с использованием диагностики, становится шире: от элемента технологического процесса ТО и ремонта автомобилей до одной из подсистем информационного обеспечения работоспособности автомобилей.

Диагностирование является качественно новой, более совершенной формой проведения контрольных работ. От традиционных контрольных осмотров, выполняемых на АТП в основном субъективными методами с привлечением в качестве экспертов наиболее квалифицированных механиков и ремонтных рабочих, диагностирование отличается, во-первых, объективностью и достоверностью оценки технического состояния автомобилей, что достигается применением инструментальных методов проверки, во-вторых, возможностью определения выходных параметров (параметров эффективности) агрегатов и систем автомобилей (мощности, топливной экономичности, тормозных качеств и т.д.) и, в-третьих, наличием условий для повышения надежности и организованности функционирования производства ТО и ремонта автомобилей за счет более эффективного оперативного управления им.

Возникновение потребности в объективной и достоверной информации, получаемой с помощью инструментальных методов контроля, объясняется действием на автомобильном транспорте двух важных факторов - усложнения автомобильной техники и стремления обеспечить поддержание работоспособности автомобилей в условиях низкой обеспеченности квалифицированными кадрами. Наличие в автохозяйствах простой по конструкции автомобильной техники и небольшие размеры автохозяйств давали возможность обходиться информацией, получаемой через опытного механика субъективными методами. Однако с появлением новых моделей автомобилей усложненной конструкции и укрупнением автохозяйства такая информация все в меньшей степени обеспечивала эффективное управление поддержанием работоспособности автомобилей.

Современный дизель, многоконтурная тормозная система, рулевое управление с гидроусилителем, многоступенчатая коробка передач и другие прогрессивные конструктивные решения, обеспечив с одной стороны высокую эффективность использования этих автомобилей, с другой - резко усложнили организацию ТО и ремонта и потребовали создания прогрессивных методов их технической эксплуатации, в том числе методов технического диагностирования.

В условиях нехватки квалифицированных кадров при прочих равных условиях ухудшается качество проведения работ по ТО и ремонту автомобилей, а некоторые сложные виды работ не могут быть выполнены. Так, например, автослесарь 5-го разряда в силу своего опыта и профессиональных навыков с высокой степенью точности оценивает люфт рулевого колеса и без применения прибора. Но если на этой операции использовать автослесаря 3-го разряда, то достоверность его субъективной оценки будет, как показала практика, крайне низка и операция эта обычно не выполняется. Однако, если автослесарь 3-го разряда при этом использует средство технического диагностирования (СТД) — динамометрический люфтомер, то операция будет выполнена с высокой степенью достоверности. Таким образом, использование инструментальных методов контроля позволяет повысить полноту и качество выполнения операций ТО и ремонта при определенном снижении требований к квалификации персонала.

В последние годы отмечается тенденция усложнения и совершенствования диагностического оборудования за счет широкого применения микропроцессорной техники, автоматизации рабочих процессов, упрощения подключения и приведения в действие оборудования. Например, все ведущие фирмы перешли к выпуску автоматизированных мотор-тестеров (анализаторов двигателей) второго поколения, в которых вместо экрана осциллографа устанавливается дисплей, на котором высвечиваются строго определенный перечень команд оператору по подключению датчиков к той или иной точке двигателя, команды о запуске двигателя, об изменении частоты вращения коленчатого вала и т.д. При этом все процессы замера значений параметров и постановка диагноза производятся автоматически с помощью микропроцессора, и на экран дисплея в итоге выводятся обработанные результаты диагностирования в виде указаний по проведению необходимых ремонтно-регулировочных операций и замен. Роль оператора при этом значительно упрощена, что дает возможность снизить требования к его квалификации.

По имеющимся данным подготовка механиков для работы на мотор-тестерах первого поколения с использованием осциллографа в учебном центре требовала 3-месячного курса обучения, на мотор-тестерах второго поколения предусмотрен всего 3-дневный курс.

Таким образом, применение объективных методов инструментального контроля обеспечивает при определенном повышении затрат на оборудование существенную экономию на подготовке кадров.

Важное значение имеет для персонала инженерно технической службы АТП возможность определения показателей эксплуатационных свойств каждого конкретного автомобиля. Без диагностирования в технической службе такую информацию могли получать через достаточно продолжительное время в результате анализа информации по этому автомобилю или от водителя, который в силу использования опять-таки субъективных оценок выдавал малодостоверную, а иногда и заведомо ошибочную информацию. Последнее объясняется тем, что водитель и техническая служба АТП в ряде случаев являются так называемыми «партнерами с несовпадающими интересами». Использование опаздывающей или недостоверной информации приводило к тому, что в эксплуатации в течение длительного времени находились автомобили, имеющие повышенный расход топлива, большую интенсивность изнашивания шин, низкую степень заряженности аккумуляторных батарей и т.д. В результате увеличивались эксплуатационные затраты, возрастала вероятность возникновения дорожно-транспортных происшествий, увеличивалось отрицательное влияние автомобилей на окружающую среду. Вследствие ошибочной информации повышались неоправданные простои автомобилей в ТО и ремонте, росли трудовые затраты на преждевременную или излишнюю профилактику.

Проведение планового или заявочного диагностирования позволяет в значительной степени сократить эти затраты и обеспечить своевременное выявление автомобилей с отклонениями и устранение выявленных неисправностей.

Значительную роль в снижении затрат при проведении ТО и ремонта сыграли широко проводимые в нашей стране мероприятия по концентрации подвижного состава на крупных автотранспортных предприятиях и внедрению на них централизованной системы управления производством. В этих условиях повысилось значение необходимости совершенствования методов информационного обеспечения процессов управления производством ТО и ремонта автомобилей, так как низкое качество используемой субъективной информации значительно затрудняло управление и снижало надежность функционирования системы.

Выполненные в МАДИ исследования позволили определить, что информация о техническом состоянии автомобилей, формируемая механиками на контрольно-техническом пункте при возвращении автомобиля с линии, на 76 % состоит из описаний внешних проявлений неисправностей. Данная информация имеет достаточно высокую достоверность (96%), но обладает низким качеством, так как содержит значительное количество (40 %) неоднозначных сведений. Неоднозначная информация, т.е. когда одному внешнему проявлению может соответствовать несколько возможных неисправностей, требует для их устранения проведения различных операций ТО и ремонта и, как следствие, различной подготовки производства. На эти, как правило, наиболее трудоемкие операции приходится до 40 % общего количества случаев и 75 % трудовых затрат.

Персонал инженерно-технической службы, получая информацию типа «пережог топлива», «не держат тормоза», «шум в главной передаче», не имеет возможности при принятии решения придать ему нормативную форму, обеспечивающую поэтапный количественный и качественный контроль его выполнения. В этом случае инженер теряет свои управленческие функции, превращается в регистратора факта поступления автомобиля в ремонт, а ответственность за принятие конкретного решения перекладывается с помощью общего указания «найти и устранить неисправность» на непосредственного исполнителя.

Эффективность функционирования системы поддержания работоспособности автомобилей при этом определяется уровнем ее самоорганизации, зависящим от квалификации исполнителей, их материальной и моральной заинтересованности, трудовой дисциплины и т.д. Повысить надежность и эффективность работы технической службы позволяет применение диагностирования для уточнения и локализации неисправностей в случае неоднозначной информации и принятия на этой основе персоналом инженерно-технической службы обоснованных решений, обеспечивающих их доведение до исполнителей в четкой нормативной форме и предварительную подготовку производства. Это в значительной степени снижает простои автомобилей в ремонте и повышает качество его проведения.

Диагностирование автомобиля в целом и его элементов должно проводиться в определенном порядке, использующем последовательные, условные проверки. С этой целью весь автомобиль можно разделить на уровни.

Первый уровень включает в себя общее диагностирование автомобиля с целью определения его основных выходных показателей производительности и экономической эффективности.

На втором уровне диагностируются части автомобиля, такие, как двигатель, электрооборудование, трансмиссия, ходовая часть, рулевое управление, тормозные системы и дополнительное оборудование в целом.

В третий уровень входит диагностирование агрегатов механизмов, систем, приборов, устройств.

Четвертый уровень включает в себя диагностирование подвижных сопряжений типа: деталь с деталью, деталь с внешней средой.

На пятом уровне рассматриваются отдельные детали.

Использование предложенной классификации позволяет более строго подойти к рассмотрению всех последующих материалов, начав с общего диагностирования автомобиля и закончив этот процесс сопряжениями и, при необходимости, деталями.

Современные достижения в области развития методов и средств диагностирования позволяют проводить оценку состояния на первых трех уровнях, а обеспеченность средствами диагностирования четвертого уровня составляет не более 20%.

Диагностировать отдельные детали вряд ли целесообразно, так как существенные изменения элементов автомобиля происходят в подвижных и других сопряжениях во время рабочих процессов.

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, со значительными трудовыми затратами, и, во-вторых, что главное, каждая разборка и нарушение взаимного положения приработавшихся деталей приводят к сокращению остаточного ресурса на 30—40 %.

Системы диагностирования делятся на функциональные, когда диагностирование проводится в процессе работы объекта, и тестовые, когда при измерении диагностических параметров работу объекта воспроизводят искусственно (рис. 19).

Рис. 19. Структура разновидностей систем диагностирования

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 (y)и диагностическими (S) параметрами в зависимости от сложности объекта могут существовать различные взаимосвязи.

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, увязывающая 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. 20 (где I – объект; II – структурные параметры; III – неисправности; IV – диагностические параметры; V – значения диагностических параметров).

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.

Аналогично структурным диагностические параметры имеют номинальные значения S н, 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.

Рис 20. Структурно-следственная схема ЦПГ двигателя как объекта диагностирования

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.

С целью обеспечения требуемой достоверности и эксплуатационной целесообразности получения диагностической информации диагностические параметры должны быть чувствительны, однозначны, стабильны и информативны (рис. 21, где - математическое ожидание, характеризующее стабильность параметра П₁, ΔП/ΔU – чувствительность параметра П₂, А – экстремум, характеризующий неоднозначность параметра П₃ в диапазоне U_H - U_П; U_H и U_П – соответственно начальное и предельное значения структурного параметра).

Требование однозначности заключается в том, что все текущие значения диагностического параметра должны однозначно соответствовать значениям структурного параметра Sв интервале изменения технического состояния механизма, агрегата.

Рис. 21. Структура характеристик диагностических параметров

Математически это требование определяется условием dS/dy≠0, т.е. отсутствием перехода от возрастания к убыванию или, наоборот, в диапазоне yн≤yi≤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.

Нестабильность диагностического параметра снижает достоверность оценки технического состояния механизма с его использованием, что в некоторых случаях заставляет отказаться от быстродействующих и удобных методов диагностирования.

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

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

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. При этом достоверность оценки технического состояния определяется соотношением значений ошибок первого и второго рода.

К требованиям, предъявляемым 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:

· 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.

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.

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 методических 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 (рис. 22.) представляет собой логическую модель, описывающую связи между диагностическими параметрами S и возможными неисправностями Аобъекта.

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.6.2 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.

Диагностические параметры	Возможные неисправности
А1	А2	А3
S1
S2
S3
S4

Рис. 22. Диагностическая матрица

Так, в рассматриваемом примере имеем: неисправность А 1 возникает в случае одновременного выхода за норматив параметров S 1 и S 3.

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

Методы диагностирования автомобилей, их агрегатов и узлов характеризуются способом измерения и физической сущностью диагностических параметров, наиболее приемлемых для использования в зависимости от задачи диагностирования и глубины постановки диагноза (рис. 23).

Рис. 23. Группы методов диагностирования автомобилей

В настояние время принято выделять три основные группы методов, классифицированных в зависимости от вида диагностических параметров.

Первая группа методов базируется в основном на имитации скоростных и нагрузочных режимов работы автомобиля и определении при заданных условиях выходных параметров. Для этих целей используются стенды с беговыми барабанами или параметры определяются непосредственно в процессе работы автомобиля на линии.

Вторая группа включает в себя методы, оценивающие по герметичности рабочих объемов степень износа цилиндропоршневой группы двигателя, работоспособность пневматического привода тормозов и т.д.

Методы, оценивающие по интенсивности тепловыделения работу трения сопряженных поверхностей деталей, а также протекание процессов сгорания (например, по температуре выхлопных газов) пока не нашли широкого применения на автомобильном транспорте.

Методы, оценивающие состояние узлов и систем по параметрам колебательных процессов, широко используются при создании средств технического диагностирования автомобилей и их далее можно разделить на три подвида: методы, оценивающие колебания напряжения в электрических цепях (на этой основе созданы мотор-тестеры); параметры виброакустических сигналов (получаемых при работе зубчатых зацеплений, клапанных механизмов, подшипников и т.д.), оценивающие пульсацию давления в трубопроводах (на этой основе созданы дизель-тестеры для диагностирования дизельной топливной аппаратуры).

Определенное место занимают методы, оценивающие по физико-химическому составу отработавших эксплуатационных материалов состояние узлов и агрегатов и отклонения от их нормального функционирования.

Например, простейший экспресс-анализ отработанного масла на загрязнение, сложный спектральный анализ проб масел, в результате проведения которого по наличию и концентрации различных химических элементов в масле можно поставить диагноз работоспособности отдельных узлов и сопряжении агрегата.

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 и т. д.

Третья группа методов основывается на объективной оценке геометрических параметров в статике, что требует в целом ряде случаев применения динамометров для приложения к диагностируемому сопряжению стандартного усилия при определении зазора (люфта, свободного хода).

В настоящее время продолжаются исследования по разработке новых и совершенствованию имеющихся методов диагностирования применительно к усложняющимся конструкциям автомобилей, изменению элементной базы микроэлектроники и микропроцессорной техники и применению ресурсосберегающей технической политики на транспорте.

Средства технического диагностирования (СТД) представляют собой технические устройства, предназначенные для измерения текущих значений диагностических параметров. Они включают в себя в различных комбинациях 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 (стрелочных приборов, цифровая индикация, экран осциллографа, компьютера).

Кроме того, СТД может включать в себя устройства автоматизации задания и поддержания тестового режима, измерения параметров и автоматизированное логическое устройство, осуществляющее постановку диагноза.

Результаты диагноза могут автоматически заноситься в запоминающее устройство для хранения или последующей передачи в управляющий орган.

Средства технического диагностирования можно разделить на три вида по их взаимодействию с объектом диагностирования (автомобилем): внешние, встроенные (бортовые) и устанавливаемые на автомобиль (рис. 24).

Рис. 24. Классификация средств диагностирования автомобилей

Внешние СТД, т.е. не входящие в конструкцию автомобиля, в зависимости от их устройства и технологического назначения могут быть стационарными или переносными.

Стационарные стенды устанавливаются на фундаменты, как правило, в специальных помещениях, оборудованных отсосом отработавших газов, вентиляцией, шумоизоляцией.

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.

Внешние СТД обеспечивают получение и обработку информации о техническом состоянии автомобилей и уровне их эксплуатационных свойств, необходимой для управления производством ТО и ремонта.

Встроенные (бортовые) СТД включают в себя входящие в конструкцию автомобиля датчики, устройства измерения, микропроцессоры и устройства отображения диагностической информации.

Простейшие встроенные СТД реализуются в виде традиционных приборов на панели (щитке) перед водителем, номенклатура которых на современных автомобилях постоянно расширяется за счет введения новых СТД, особенно электронных, обеспечивающих контроль состояния все усложняющихся элементов конструкции автомобилей.

В последние годы получили распространение вместо встроенных СТД так называемые устанавливаемые СТД (УСТД), которые отличаются от встроенных конструктивным исполнением средств обработки, хранения и выдачи информации. Эти элементы выполняются не встроенными в автомобиль, а в виде блока, который устанавливается на автомобиль периодически перед выходом его на линию и снимается в конце смены после возвращения автомобиля в парк. Поскольку плановые и заявочные диагностирования автомобиля проводятся относительно редко, это позволяет иметь значительно меньшее количество УСТД по сравнению с встроенными СТД и обойти ограничения экономического порядка.

УСТД изготовляются на базе электронных элементов. Это позволяет эффективно использовать ЭВМ для обработки получаемой диагностической информации о техническом состоянии автомобилей и ее дальнейшего использования для решения задач управления производством ТО и ремонта автомобилей. Кроме того, в последнее время на базе УСТД и встроенных СТД находят все более широкое применение информационно-советующие системы,

Дата добавления: 2014-11-29