ГОСТ20911-89 предусматривает использование двух терминов: «техническое диагностирование» и «контроль технического состояния». Термин «техническое диагностирование» применяют, когда решаемые задачи технического диагностирования, перечисленные в 1.1, равнозначны или основной задачей являются поиск места и определение причин отказа. Термин «контроль технического состояния» применяют, когда основной задачей технического диагностирования является определение вида технического состояния.
Различают следующие виды технического состояния, характеризуемые значением параметров объекта в заданный момент времени:
Исправное - объект соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
Неисправное - объект не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
Работоспособное - значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
Неработоспособное - значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность объекта выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
Предельное - дальнейшая эксплуатация объекта технически невозможна или нецелесообразна из-за несоответствия требованиям
безопасности или неустранимого снижения эффективности работы.
Понятие «исправное состояние» шире, чем понятие «работоспособное состояние». Если объект исправен, он обязательно работоспособен, но работоспособный объект может быть неисправным, так как некоторые неисправности могут быть несущественными, не нарушающими нормальное функционирование объекта.
Для сложных объектов, в частности для магистральных трубопроводов, допускается более глубокая классификация работоспособных состоянии с выделением частично работоспособного (частично неработоспособного) состояния, при котором объект способен частично выполнять заданные функции. Примером частично работоспособного состояния служит такое состояние линейной части магистральных трубопроводов, при котором участок способен выполнять требуемые функции по перекачке технологической среды с пониженными показателями, в частности с пониженной производительностью при снижении допускаемого давления (РД 51-4.2-003-97).
Системой технического диагностирования (контроля технического состояния) называют совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимую для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным в технической документации. Объектами технической диагностики являются технологическое оборудование или конкретные производственные процессы.
Средство контроля - техническое устройство, вещество или материал для проведения контроля. Если средство контроля обеспечивает возможность измерения контролируемой величины, то контроль называют измерительным. Средства контроля бывают встроенными, являющимися составной частью объекта, и внешними, выполненными конструктивно отдельно от объекта. Различают также аппаратные и программные средства контроля. К аппаратным относят различные устройства: приборы, пульты, стенды и т.п. Программные средства представляют собой прикладные программы для ЭВМ.
Исполнители - это специалисты службы контроля или технической диагностики, обученные и аттестованные в установленном порядке и имеющие право выполнять контроль и выдавать заключения по его результатам.
Методика контроля - совокупность правил применения определенных принципов и средств контроля. Методика содержит порядок измерения параметров, обработки, анализа и интерпретации результатов.
Для каждого объекта можно указать множество параметров, характеризующих его техническое состояние (ПТС). Их выбирают в зависимости от применяемого метода диагностирования (контроля). Изменения значений ПТС в процессе эксплуатации связаны либо с внешними воздействиями на объект, либо с повреждающими (деградационными) процессами (процессами, приводящими к деградационным отказам из-за старения металла, коррозии и эрозии, усталости и т.д.).
Параметры объекта, используемые при его диагностировании (контроле), называются диагностическими (контролируемыми) параметрами. Следует различать прямые и косвенные диагностические параметры. Прямой структурный параметр (например, износ трущихся элементов, зазор в сопряжении и др.) непосредственно характеризует техническое состояние объекта. Косвенный параметр (например, давление масла, температура, содержание СО 2 в отработанных газах и др.) косвенно характеризует техническое состояние. Об изменении технического состояния объекта судят по значениям диагностических параметров, позволяющих определить техническое состояние объекта без его разборки. Набор диагностических параметров устанавливается в нормативной документации по техническому диагностированию объекта или определяется экспериментально.
Количественные и качественные характеристики диагностических параметров являются признаками того или иного дефекта. У каждого дефекта может быть несколько признаков, в том числе некоторые из них могут быть общими для группы разных по природе дефектов.
Теоретическим фундаментом технической диагностики считают общую теорию распознавания образов, являющуюся разделом технической кибернетики. К решению задачи распознавания существует два подхода: вероятностный и детерминистский. Вероятностный использует статистические связи между состоянием объекта и диагностическими параметрами и требует накопления статистики соответствия диагностических параметров видам технического состояния. Оценка состояния при этом осуществляется с определенной достоверностью. Детерминистский подход, применяемый чаще всего, использует установленные закономерности изменения диагностических параметров, определяющих состояние объекта.
Помимо теории распознавания, в технической диагностике используют также теорию контролеспособности. Контролеспособность определяется конструкцией объекта, задается при его проектировании и является свойством объекта обеспечивать возможность достоверной оценки диагностических параметров. Недостаточная достоверность оценки технического состояния является фундаментальной причиной низкой достоверности распознавания состояния оборудования и оценки его остаточного ресурса.
Таким образом, в результате предшествующих исследований устанавливают связи между характеристиками диагностических параметров и состоянием объекта и разрабатывают диагностические алгоритмы (алгоритмы распознавания), представляющие собой последовательность определенных действий, необходимых для постановки диагноза. Диагностические алгоритмы включают также систему диагностических параметров, их эталонные уровни и правила принятия решения о принадлежности объекта к тому или иному виду технического состояния.
Определение вида технического состояния оборудования может производиться как в собранном состоянии, так и после его полной разборки. В период нормальной эксплуатации используют методы безразборной диагностики, как наиболее экономичные. Методы технической диагностики, требующие разборки, обычно применяют при капитальном ремонте оборудования - при дефектации его элементов. Основной проблемой безразборной технической диагностики является оценка состояния оборудования в условиях ограниченности информации.
По способу получения диагностической информации техническую диагностику разделяют на тестовую и функциональную. В тестовой диагностике информацию о техническом состоянии получают в результате воздействия на объект соответствующего теста. Тестовая диагностика основана на использовании различных методов неразрушающего контроля. Контроль при этом осуществляется, как правило, на неработающем оборудовании. Тестовая диагностика может производиться как в собранном, так и в разобранном состоянии. Функциональную диагностику проводят только на работающем оборудовании в собранном состоянии.
Функциональную диагностику в свою очередь подразделяют на вибрационную и параметрическую диагностики. При использовании функциональной параметрической диагностики оценка технического состояния осуществляется по величине функциональных параметров оборудования при его работе, при этом подача целенаправленных тестовых воздействий не требуется. Отклонение этих параметров от их номинального значения (температура, давление, мощность, количество перекачиваемого продукта, КПД и т.д.) свидетельствует об изменении технического состояния элементов объекта, формирующих данный параметр. Контроль функциональных параметров обычно осуществляется в постоянном режиме оперативным обслуживающим персоналом с помощью штатных приборно-измерительных комплексов технологического оборудования. В связи с этим функциональную параметрическую диагностику часто называют оперативной. Способы функциональной параметрической диагностики обычно излагаются в инструкциях и руководствах по эксплуатации соответствующего вида оборудования и в данном пособии специально не рассматриваются.
Вибрационная диагностика бывает двух видов: тестовая и функциональная (см. 2.1). Сущность функциональной вибрационной диагностики заключается в использовании параметров вибрации оборудования при функционировании в рабочих условиях для оценки его технического состояния без разборки. Особенностью функциональной вибрационной диагностики является использование в качестве диагностических не статических параметров типа температуры или давления, а динамических - виброперемещения, виброскорости и виброускорения.
Помимо отмеченных выше видов диагностики, для оценки состояния оборудования применяют методы разрушающего контроля, предусматривающие частичное разрушение объекта (например, при вырезке проб для установления свойств материалов путем их механических испытаний), а также инструментальный измерительный контроль элементов оборудования при его разборке во время обследования или ремонта. Классификация видов технической диагностики приведена на рис. 1.3.
Системы диагностики различаются уровнем получаемой информации об объекте. В зависимости от решаемой задачи выделяют следующие виды диагностических систем: для разбраковки объектов на исправные и неисправные или для аттестации объектов по классам; поиска и измерения дефектов и повреждений; мониторинга состояния объекта и прогнозирования его остаточного ресурса. Последняя из перечисленных систем является наиболее сложной и применяется для ответственных и дорогостоящих опасных производственных объектов и технологического оборудования. Такие системы, предусматривающие проведение постоянного мониторинга с применением комплекса методов контроля технического состояния, позволяют проводить оперативную корректировку прогнозных оценок определяющих параметров и уточнение остаточного ресурса. В качестве основных методов контроля развития дефектности в комплексных системах мониторинга в настоящее время используют: для емкостного оборудования - акустико-эмиссионный контроль, для машинного - контроль вибрационных параметров.
Современное технологическое оборудование представляет собой сложные технические системы. Обеспечение требуемой надежности таких систем, оцениваемой вероятностью безотказной работы Р(1) (см. табл. 1.1), является более проблематичным по сравнению с простыми. Надежность любой технической системы определяется надежностью составляющих ее элементов. В большинстве случаев для сложных систем контроль одного или нескольких элементов малоэффективен, так как остается неизвестным состояние остальных.
Составляющие элементы сложных технических систем могут соединяться между собой последовательным, параллельным или комбинированным способами. При последовательном соединении элементов с вероятностью безотказной работы Р 1 Р 2 , ..., Рn вероятность безотказной работы системы определяется из выражения
,
Где P i – вероятность безотказности i-го элемента.
При параллельном соединении
При комбинированном способе вначале определяют вероятность безотказной работы элементов с параллельным соединением, а затем - с последовательным.
Способ параллельного соединения дублирующих элементов называется резервированием. Резервирование позволяет резко повысить надежность сложных технических систем. Например, если в системе перекачки сырой нефти предусмотрены два независимых параллельных насоса с вероятностью безотказной работы Р 1 = Р 2 = 0,95, то вероятность безотказной работы всей системы
Р(t) = 1 - (1 – Р 1)(1 – P 2) = 1 - (1 - 0,95)(1 - 0,95) = 0,998.
Суммарная надежность системы определяется надежностью ее составляющих. Чем больше количество составляющих, из которых состоит система, тем выше должна быть надежность каждой из них. Например, если техническая система состоит из 100 последовательно соединенных элементов с одинаково высокой вероятностью безотказной работы 0,99, то общая ее надежность будет равна 0,99 100 , что составит около 0,37, т. е. вероятность безотказной работы системы в течение заданного времени t составляет только 37 %. В связи с этим при диагностировании сложных систем, прежде всего включающих большое число составляющих без резервирования, для получения достоверной оценки их надежности необходимо осуществлять сплошной контроль всех составляющих.
Состояние технической системы может описываться множеством параметров. При диагностировании сложных систем, работоспособность которых характеризуется большим числом параметров, возникает ряд дополнительных проблем, а именно:
Необходимо установить номенклатуру основных диагностических параметров, характеризующих работоспособность системы, и задать технические средства их контроля;
По совокупности этих параметров необходимо разработать алгоритм оценки технического состояния системы и соответствующие программные продукты для ЭВМ.
При проведении диагностики применяют сплошной и выборочный контроль. Крайне важным фактором является то, что применение современных неразрушающих методов позволяет перейти к сплошному контролю. Для сложного технологического оборудования, состоящего из большого числа зависимых элементов, введение сплошного неразрушающего контроля является необходимым условием достоверной оценки его технического состояния.
Диагностика требует определенных затрат, которые растут по мере повышения требований к надежности и безопасности. Для сравнения: в атомной промышленности США затраты на дефектоскопию составляют до 25% всех эксплуатационных затрат, в России - около 4%. По данным ВНИКТИ нефтехимоборудования, затраты на диагностику нефтехимического оборудования в США составляют около 6% эксплуатационных затрат, в России - менее 1%. Вместе с тем эта статья расходов оправдана, так как использование систем технического диагностирования позволяет эксплуатировать каждый экземпляр технологического оборудования до предельного состояния и за счет этого получить значимый экономический эффект.
Эксплуатация оборудования неразрывно связана с оценкой его технического состояния. Техническое состояние объекта – это совокупность его свойств, которые характеризуются в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды значениями структурных параметров, установленных технической документацией на объект диагностирования. .
Техническая диагностика – область знаний о распознавании состояния технических систем (объектов), исследующая формы проявления технического состояния, разрабатывающая методы и средства его определения. .
К основным задачам технической диагностики можно отнести следующие:
Определение состояния технической системы;
Прогнозирование изменения ее состояния;
Определение места и причин поломок.
Алгоритм технического диагностирования (контроля) устанавливает состав и порядок проведения элементарных проверок объекта и правила анализа их результатов. .
Можно выделить два метода проведения технической диагностики (прямой и косвенный), которые, в свою очередь, делятся на множество способов, различающихся, как правило, по типу применяемых средств технического диагностирования. Остановимся более подробно на диагностике косвенными методами.
Косвенные методы диагностирования основываются на определении структурных параметров технического состояния сборочных единиц машин по косвенным параметрам. Диагностирование косвенными методами не требует разборки машины. Многие методы осуществляются за счет преобразования механических величин в электрические специальными приборами.
В общем случае косвенные методы диагностирования можно разделить на несколько групп (Рис.1).
Рис.1. Методы косвенной диагностики
Акустический шум и колебания механизмов, лежащие в основе виброакустической диагностики, используются для оценки технического состояния механизмов уже довольно долгое время. Колебательные процессы имеют огромное значение в современной технике. В основе виброакустической диагностики лежит получение информации об относительном и абсолютном смещении деталей машины, распределение пульсаций в рабочих узлах, акустическая эмиссия материала и т.д. Большинство дефектов, влияющих на ресурс механизма, изменяют параметры виброакустического сигнала, поэтому именно использование виброакустической диагностики во многих случаях может служить основным методом контроля.
Присутствие колебаний может быть как неотъемлемым признаком исправного функционирования оборудования, а может быть нежелательным явлением. Таким образом, вибрация может быть как полезной, так и вредной.
Вредное действие вибрации приводит к изнашиванию отдельных узлов оборудования (осей, валов щеток электромоторов и т.д.). В качестве выявляемых повреждений, как правило, выступает зазор между деталями, служащий причиной их соударения во время работы. Этот процесс реализуется путем распространения упругих волн акустического диапазона, возникновения вибрации и ударных импульсов. Значения вибрации показывают степень нарушения нормальной передачи динамических сил через техническую систему. Для нормальной работы машины характерен низкий уровень вибрации. С увеличением зазоров происходит увеличение вибрации ближайшего к дефекту подшипника и повышение колебаний в других подшипниковых узлах. Подшипниковый узел становится элементом, передающим динамические усилия от места дефекта на корпус устройства.
В последнее время техника для измерения вибрации шагнула на новый уровень. С виброметрией связаны области электроакустики, электроники, радиотехники, автоматики, вычислительной техники и т.д., созданы новые приборы для измерения вибрации.
Виброакустический метод диагностики хорошо зарекомендовал себя, и в настоящее время для определения состояния оборудования достаточно значения параметров вибрации и использования специальных таблиц. Как пример, можно привести таблицу оценки технического состояния машины по значению среднеквадратичной виброскорости.
Таблица 1. Оценка технического состояния машин по значениям среднеквадратичной виброскорости, мм/с .
| Характеристика группы машин | Техническое состояние | |||
| «хорошее» | «допустимое» | «плохое» | «аварийное» | |
| Отдельные части двигателей и машин, соединенные с агрегатом и работающие в обычном для них режиме (например, серийные электрические моторы мощностью до 15 кВт) | до 0,7 | 0,7-1,8 | 1,8-4,5 | более 4,5 |
| Машины средней величины (например, электромоторы мощностью от 15 до 875 кВт) | до 1,1 | 1,1-2,8 | 2,8-7,1 | более 7,1 |
| Мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися частями, установленные на массивных фундаментах, относительно жестких в направлении измерения вибрации | до 1,8 | 1,8-4,5 | 4,5-11,2 | более 11,2 |
| Мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися частями, установленные на массивных фундаментах, относительно податливых в направлении измерения вибрации (например, газовые турбины с выходной мощностью более 10 МВт). | до 2,8 | 2,8-7,1 | 7,1-18 | более 18 |
Оценка состояния машины по виброакустическим признакам ведется с помощью датчиков вибрации, шумомера или стетоскопа. Амплитуда колебаний дает информацию о динамике работы кинематической пары и размере дефекта, а частота – об источнике колебаний.
Магнитоэлектрические методы диагностирования основаны на регистрации изменения магнитного потока в диагностическом датчике, взаимодействующего с контролируемым механизмом. В основе магнитных методов лежит регистрация магнитных полей рассеивания, возникающих в зоне дефектов, и на определении магнитных свойств диагностируемых объектов.
Основными методами магнитноэлектрической диагностики механизмов являются:
Магнитопорошковый;
Феррозондовый;
Вихретоковый;
Электроискровой;
С использованием датчиков Холла.
Как правило, с помощью магнитоэлектрической диагностики не только выявить дефект в изделии, но и определить его размеры и местонахождение. Некоторые типы приборов способны обнаруживать дефекты, определять глубину их и координаты относительно плоскостей изделия. С помощью магнитопорошкового метода могут быть обнаружены различные трещины, непровары сварных соединений и другие дефекты шириной несколько микрометров. Метод также подходит для контроля объектов с немагнитным покрытием.
Параметром, указывающим на присутствующую в механизме неисправность, может выступать температура, отражающая протекание рабочего процесса. С помощью тепловой диагностики выявляются:
Деформации, вызываемые неравномерностью нагрева;
Состояние тормозов, подшипниковых узлов, муфт и др.
Методы измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные, которые также подразделяются по физическим эффектам, положенным в основу их принципа действия.
К контактным методам термометрии относится действие термометров, термопар и терморезисторов. К бесконтактным – пирометров и тепловизоров.
Работа температурных датчиков, как правило, основывается на принципе преобразования измеряемой температуры в электрическую величину. Это обусловлено удобством передачи электрических величин на расстояние и их универсальностью.
Можно заметить, что диагностирование по косвенным признакам обычно проводится с помощью аналоговых электромеханических измерительных приборов. В общем случае они имеют следующую структурную схему (рис.2):
Рис.2. Структурная схема аналогового электромеханического измерительного прибора.
Измерительная цепь прибора позволяет преобразовать измеряемую величину Х в промежуточную величину У, связанную с измеряемой величиной. Измерительный механизм служит для преобразования электромагнитной энергии в механическую, которая необходима для выдачи информации об измеряемой величине.
Цифровые измерительные приборы действуют несколько иным образом: преобразуют измеряемую величину в дискретную форму, после чего подвергают цифровому кодированию и выдают результат на отсчетном устройстве.
Рассмотрим возможное применение косвенных методов диагностирования в сфере бытовых машин и приборов.
Для определения дефектов бытовой холодильной техники, как правило, применяют портативную диагностическую аппаратуру. Использование современных контрольно-измерительных приборов дает возможность повысить качество ее контроля и, как следствие, с большей точностью диагностировать причины отказов при эксплуатации.
Появление неисправности в холодильнике обычно характеризуется каким-либо отклонением в показателях его работы – расходе электроэнергии, температуре и т.д. Выявление такого отклонения является первым этапом проверки холодильника. После этого необходимо найти причину и место дефекта. Так как появление неисправности зачастую приводит к нарушению процесса теплообмена между частями холодильного агрегата и окружающей средой, расположение дефекта можно установить по характерным признакам, таким как шум, повышение температуры и т.п.
Во время работы компрессора вследствие сжатия паров хладагента и нагрева обмоток электродвигателя выделяется тепло, что приводит к увеличению температуры фреона, металлических частей компрессора и масла в его кожухе. Тепло от нагретых областей частично отводится в окружающую среду через стенки кожуха. При прохождении по нагнетательной трубке пары хладагента охлаждаются, что приводит к постепенному уменьшению температуры поверхности трубки. Следовательно, нагрев поверхности трубки в месте ее соединения со змеевиком конденсатора должен быть намного ниже, чем в месте ее выхода из кожуха компрессора.
Распространенным дефектом бытового холодильника можно считать утечку фреона, диагностируемую, как правило, с помощью галоидного течеискателя. Сторону нагнетания холодильного агрегата в этом случае проверяют при работающем, а сторону всасывания – при отключенном мотор-компрессоре. В качестве альтернативы этому методу контроля можно предложить использование тепловизора. Тепловизоры достаточно полно отражают температурное поле эксплуатируемого оборудования, координатно или визуально указывают на конкретные горячие (или – холодные) места, которые могут быть источником опасных дефектов, потерь энергии, коротких замыканий и т.д. Некоторые тепловизоры способны измерить температуру этих «горячих» точек и дать необходимую информацию для цифрового анализа.
Тепловизоры эффективно используются и для диагностики электрических сетей и оборудования. Возникающее избыточное сопротивление тока вызывает заметное повышение температуры в проблемных местах. Это может вызывать повреждения проводки и оборудования. Ранняя диагностика неполадок в электрических сетях позволяет предотвратить снижение производительности электросети и потери электроэнергии на ненужное производство тепла.
Шум при работе холодильника возникает по причине наличия в нем движущихся механизмов. Уровень звука холодильного агрегата не должен превышать 45 дБА на расстоянии 1 м или уровня звука образца-эталона. Шум должен быть равномерным, без дребезжаний.
Анализ звуков, возникающих при работе компрессора, позволяет диагностировать в нем различные неисправности. Например, металлический стук при работе компрессора, сопровождающийся вибрацией шкафа, может указывать на расшатанность опорных элементов, неисправность компрессора и касание незакрепленными трубопроводами деталей шкафа. Причиной повышения вибрации в холодильном агрегате также может служить износ подшипников скольжения, что приводит к заклиниванию двигателя при его пуске. Нормальной работе подшипников соответствует монотонный и шелестящий шум. Диагностику неисправностей в таком случае целесообразно проводить с применением вибродатчика и шумомера, а по полученным результатам делать вывод о состоянии холодильника.
На сегодняшний день значительная часть отказов бытовых холодильников связана с выходом из строя мотор-компрессоров. Как правило, в таком случае возвращение холодильного агрегата в работоспособное состояние проводится путем замены компрессора.
Неисправности мотор-компрессора, диагностируемые путем измерения виброакустических характеристик холодильного агрегата:
Нарушение подвески компрессора в кожухе;
Нарушение сопряжений трущихся пар.
Примеры выявления неисправностей виброакустическим способом можно проследить и у других бытовых приборов. Например, сильная вибрация, скрежет и шум при работе пылесоса указывают на износ подшипников и выработку смазки. Причиной возбуждения колебаний зачастую выступает неуравновешенность роторов. Посторонние звуки при стирке белья указывают неисправности активатора стиральной машины: износ оси, касание стенки бака и т.д. Сильный шум и вибрация при вращении барабана указывают на неисправность командоаппарата, ослабление крепления противовесов.
Представим процесс измерения вибрационных характеристик машины в виде структурной схемы.
В общем случае ее можно изобразить в виде следующих блоков:
Объект измерения;
Вибропреобразователь;
Блок обработки;
Устройство отображения полученной информации (дисплей).
Рис.3 Структурная схема процесса измерения вибрации (в общем случае)
Вибропреобразователь служит для преобразования механических вибраций в электрический сигнал, блок обработки – для расшифровки этого сигнала.
Представим полученную схему в более развернутом виде.
Рис.4 Структурная схема процесса измерения вибрации (в развернутом виде): 1 – объект измерения; 2 – крепление; 3 – датчик вибрации; 4 – кабель; 5 – электрический вход; 6 – согласование сигнала; 7 – частотная коррекция; 8 – дополнительное преобразование и корреция сигнала; 9 – отображение результата измерения
С помощью крепления на диагностируемую поверхность устанавливают датчик вибрации. Посредством соединительного кабеля данные от датчика поступают в блок согласования сигнала, а оттуда – в блок частотной коррекции, где производится частотный анализ для получения информации о спектре вибрации. После этого происходит коррекция сигнала и вывод результата измерения на дисплей (или иное средство отображения).
К факторам, оказывающим влияние на виброакустическое поле машины, стоит добавить возбуждение резонансных колебаний в случае совпадения вынужденных частот с собственными. Как результат воздействия множества факторов виброакустические характеристики механизма при нормальном техническом состоянии подвержены колебаниям, вследствие чего диагностику нужно проводить с учетом нестабильности результатов.
Методы синтеза диагностических признаков зарождающихся дефектов обеспечивают высокую достоверность не только процедур оценки текущего технического состояния объекта диагностирования, лежащих в основе технологии эксплуатации машин по состоянию, но и процедур прогнозирования работоспособности узлов, лимитирующих ресурс механического оборудования. . Сравнивая прямые и косвенные методы диагностики, нельзя не отметить очевидные достоинства последних: возможность контроля оборудования во время его работы, отсутствие необходимости разборки механизма и выявление зарождающихся неисправностей на начальной стадии, не дожидаясь сбоя в работе.
Как недостаток метода, можно указать высокую стоимость некоторых из приборов, требуемых для его применения. В то же время нужно отметить, что косвенная диагностика, выявляя дефекты на ранних стадиях их развития, позволяет предотвратить поломку оборудования, что, напротив, способствует уменьшению затрат за счет отсутствия необходимости в покупке новой техники. Применение косвенной диагностики дает возможность проводить безразборный контроль работы оборудования, что обеспечивает сокращение его простоев. Не стоит забывать и о том, что исследование и измерение параметров работы машины может принести пользу как способ изучения функционирования сложного механизма и служить основой для дальнейшего его совершенствования. Таким образом, диагностика бытовых машин и приборов по косвенным признакам может выполнять не только функцию наблюдения и контроля за состоянием оборудования, но и способствовать изобретательской деятельности. Дальнейшее совершенствование датчиков и применение их в интерактивном режиме позволит диагностировать неисправность при первых признаках ее появления.
Количество просмотров публикации: Please waitЗначительные расходы на содержание техники, прежде всего, обусловлены низким качеством ее обслуживания и преждевременным ремонтом. Для снижения затрат труда и средств на техническое обслуживание и ремонт необходимо повысить производительность и улучшить качество выполнения этих работ за счет повышения надежности и эксплуатационной технологичности (ремонтопригодности) выпускаемых единиц, развития и лучшего использования производственно-технической базы предприятий, механизации и автоматизации технологических процессов, внедрения средств диагностирования и элементов научной организации труда.
Под надежностью понимают свойство составных частей машины выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
Надежность в процессе эксплуатации зависит от ряда факторов: характера и объема выполняемых машиной работ; природно-климатических условий; принятой системы технического обслуживания и ремонта техники; качества и наличия нормативно-технической документации и средств технического обслуживания, хранения и транспортирования машин; квалификации обслуживающего персонала.
Надежность является комплексным свойством, включающим в себя в зависимости от назначения объекта или условий его эксплуатации ряд простых свойств:
1. Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени.
2. Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
3. Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
4. Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.
В зависимости от объекта надежность может определяться всеми перечисленными свойствами или некоторыми из них. Например, надежность колеса зубчатой передачи, подшипников определяется их долговечностью, а станка - долговечностью, безотказностью и ремонтопригодностью
Автомобиль - это сложная система, состоящая из тысяч деталей с различными производственными и эксплуатационными допусками. Работа осуществляется в разных условиях, поэтому срок службы однотипных объектов различен – в зависимости от условий эксплуатации, режимов работы и качества элементов. Следовательно, каждую единицу необходимо направлять на ремонт в соответствии с ее фактическим состоянием.
При индивидуальном обследовании (контроль, диагностирование, прогнозирование) устанавливается Истинное техническое состояние каждого агрегата. Здесь может быть учтено влияние всего многообразия условий работы, квалификации оператора и других факторов, от которых зависит техническое состояние объекта.
Отсутствие специального контрольно-диагностического оборудования затрудняет обнаружение многих неисправностей. Старыми (преимущественно субъективными) методами можно выявить только значительные и очевидные отказы и отклонения. Стоимость проверки основных систем такими методами примерно на 70-75% выше, чем при использовании современных диагностических методов.
Метод технического диагностирования - совокупность технологических и организационных правил выполнения операций технического диагностирования.
Диагностика (от греческого diagnostikós – способный распознавать) – отрасль знаний, исследующая техническое состояние объектов диагностирования (машин, механизмов, оборудования, конструкций и других технических объектов) и проявление технических состояний, разрабатывающая методы их определения, при помощи которых дается заключение (ставится диагноз), а также принципы построения и организацию использования систем диагностирования. Когда объектами диагностирования являются объекты технической природы, говорят о технической диагностике.
Диагностирование – это совокупность методов и средств для определения основных показателей технического состояния отдельных механизмов и машины в целом без их разборки либо при частичной разборке.
Результатом диагностирования является диагноз - заключение о техническом состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причины дефекта.
Достоверность диагностирования – вероятность того, что при диагностировании определяется то техническое состояние, в котором действительно находится объект диагностирования.
Техническое состояние - совокупность подверженных изменению в процессе производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный момент времени признаками и параметрами состояния, установленными технической документацией на этот объект.
Параметр состояния - физическая величина, характеризующая работоспособность или исправность объекта диагностирования и изменяющаяся в процессе работы.
Диагностическая операция - часть процесса диагностирования, выполнение которой позволяет определить один или несколько диагностических параметров объекта.
Технология диагностирования - совокупность методов, параметров и операций диагностирования, выполняемых планомерно и последовательно в соответствии с технологической документацией для получения конечного диагноза.
На рис. 1показана структура технической диагностики. Она характеризуется двумя взаимопроникающими и взаимосвязанными направлениями: теорией распознавания и теорией контролеспособности. Теория распознавания содержит разделы, связанные с построением алгоритмов распознавания, решающих правил и диагностических моделей. Теория контролеспособности включает разработку средств и методов получения диагностической информации, автоматизированный контроль и поиск неисправностей. Техническую диагностику следует рассматривать как раздел общей теории надежности.
Диагностирование включает три основных этапа:
· получение информации о техническом состоянии объекта диагностирования;
· обработку и анализ полученной информации;
· постановку диагноза и принятие решения.
Первый этап заключается в определении параметров состояния объекта, установлении качественных признаков состояния и получении данных о наработке; второй - в обработке и сравнении полученных значений параметров состояния с номинальными, допускаемыми и предельными значениями, а также использовании полученных данных для прогнозирования остаточного ресурса; третий - в анализе результатов прогнозирования и установлении объема и сроков работ по техническому обслуживанию и ремонту составных частей машины.
Объект диагностирования - изделие и его составные части, подвергаемые диагностированию.
В технической диагностике рассматриваются следующие объекты.
Элемент - простейшая при данном рассмотрении составная часть изделия, в задачах надежности может состоять из многих деталей.
Изделие - единица продукции определенного целевого назначения, рассматриваемая в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.
Система - совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.
Понятия элемента, изделия и системы трансформируются в зависимости от поставленной задачи. Например, при установлении его собственной надежности станок рассматривается как система, состоящая из отдельных элементов - механизмов, деталей и т.п., а при изучении надежности технологической линии - как элемент.
Структура объекта - условная схема его строения, образуемая последовательным расчленением объекта на элементы структуры (составные части, сборочные единицы и т.п.).
При диагностировании различают рабочие воздействия, поступающие на объект при его функционировании, и тестовые воздействия, которые подаются на объект только для целей диагностирования. Диагностирование, при котором на объект подаются только рабочие воздействия, называется функциональным, а диагностирование, при котором на объект подаются тестовые воздействия,- тестовым техническим диагностированием.
Совокупность средств, исполнителей и объектов диагностирования, подготовленная к проверке параметров состояния или осуществляющая ее по правилам, установленным соответствующей документацией, называется системой технического диагностирования.
Диагностирование позволяет: снизить простои машин по техническим неисправностям за счет предупреждения отказов своевременной регулировкой, заменой или ремонтом отдельных механизмов и агрегатов; ликвидировать ненужные разборки отдельных механизмов и агрегатов и снизить скорость изнашивания деталей; правильно установить вид и объем ремонта и снизить трудоемкость текущего ремонта за счет сокращения разборочно-сборочных и ремонтных работ; полнее использовать ресурсы отдельных агрегатов и машины в целом, а следовательно, сократить общее количество ремонтов и расход запасных частей.
Опыт внедрения диагностирования показывает, что межремонтный ресурс увеличивается в 1,5...2 раза, число отказов и неисправностей уменьшается в 2...2,5 раза, а затраты на ремонт и техническое обслуживание сокращаются на 25...30%.
Кроме того система технических обслуживаний по фиксированному ресурсу (среднестатистическая система) не обеспечивает высокой надежности и минимальных затрат. Эта система постепенно отмирает, все шире внедряется новый и более экономичный метод обслуживания и ремонта по фактическому техническому состоянию (диагностическая система). Что позволяет полнее использовать межремонтный ресурс машин, устранить необоснованную разборку механизмов, сократить простои вследствие технических неисправностей, снизить трудоемкость технического обслуживания и ремонта. Эксплуатация по техническому состоянию может принести выгоду, эквивалентную стоимости 30% общего парка машин.
В некоторых случаях целесообразно использование комбинированного (смешанного) диагностирования - представляющего совокупность регламентированного технического диагностирования и диагностирования по техническому состоянию.
Для диагностической и комбинированной систем требуются новые методы исследования, иной математический аппарат. В основу должна быть положена теория надежности. Необходимо глубже изучать и учитывать изменения физических закономерностей отказов, износов и старения деталей в механических системах. Важная роль в совершенствовании управления надежностью подвижного состава принадлежит разработке и внедрению методов прогнозирования технического состояния агрегатов автомобилей.
Цели и задачи технической диагностики. Связь диагностики и надежности
Целью технической диагностики является повышение надежности и ресурса технических систем. Мероприятия по сохранению надежности машин направлены на снижение скорости изменения параметров состояния (главным образом скорости изнашивания) их составных частей и предотвращение отказов. Как известно, наиболее важным показателем надежности является отсутствие отказов во время функционирования (работы) технической системы.
Техническая диагностика благодаря раннему обнаружению дефектов и неисправностей позволяет устранить отказы в процессе технического обслуживания, что повышает надежность и эффективность эксплуатации.
3.3.1. Техническое диагностирование (ТД) - элемент системы ППР, позволяющий изучать и устанавливать признаки неисправности (работоспособности) оборудования, устанавливать методы и средства, при помощи которых дается заключение (ставится диагноз) о наличии (отсутствии) неисправностей (дефектов). Действуя на основе изучения динамики изменения показателей технического состояния оборудования, ТД решает вопросы прогнозирования (предвидения) остаточного ресурса и безотказной работы оборудования в течение определенного промежутка времени.
3.3.2. Техническая диагностика исходит из положения, что любое оборудование или его составная часть может быть в двух состояниях - исправном и неисправном. Исправное оборудование всегда работоспособно, оно отвечает всем требованиям ТУ, установленных заводом изготовителем. Неисправное (дефектное) оборудование может быть как работоспособно, так и неработоспособно, т. е. в состоянии отказа.
3.3.3. Оборудование может отказать в связи с изменением внешней среды и по причине физического износа деталей, находящихся как снаружи, так и внутри оборудования. Отказы являются следствием износа или разрегулировки узлов.
3.3.4. Техническая диагностика направлена в основном на поиск и анализ внутренних причин отказа. Наружные причины определяются визуально, при помощи измерительного инструмента, несложных приспособлений.
Методы, средства и рациональная последовательность поиска внутренних причин отказа зависят от сложности конструкции оборудования, от технических показателей, определяющие его состояние. Особенность ТД состоит в том, что она измеряет и определяет техническое состояние оборудования и его составных частей в процессе эксплуатации, направляет свои усилия на поиск дефектов.
3.3.5. По величине дефектов составных частей (агрегатов, узлов и деталей) можно определить работоспособность оборудования. Зная техническое состояние отдельных частей оборудования на момент диагностирования и величину дефекта, при котором нарушается его работоспособность, можно предсказать срок безотказной работы оборудования до очередного планового ремонта, предусмотренного нормативами периодичности Системы ППР, а также необходимость их корректировки.
3.3.6. Заложенные в основу ППР нормативы периодичности являются опытно усредненными величинами, установленными так, чтобы ремонтные периоды были кратными и привязанными к календарному планированию основного производства (год, квартал, месяц).
3.3.7. Любые усредненные величины имеют свой существенный не достаток: даже при наличии ряда уточняющих коэффициентов они не дают полной объективной оценки технического состояния оборудования и необходимости вывода в плановый ремонт. Почти всегда присутствуют два лишних варианта: остаточный ресурс оборудования далеко не исчерпан, остаточный ресурс не обеспечивает безаварийную работу до очередного планового ремонта. Оба варианта не обеспечивают требование Федерального закона № 57 ФЗ об установлении сроков полезного использования основных фондов путем объективной оценки потребности его постановки в ремонт или вывода из дальнейшей эксплуатации.
3.3.8. Объективным методом оценки потребности оборудования в ремонте является постоянный или периодический контроль за техническим состоянием объекта с проведением ремонтов лишь в случае, когда износ деталей и узлов достиг предельной величины, не гарантирующей безопасной, безотказной и экономичной эксплуатации оборудования. Такой контроль может быть достигнут средствами ТД, а сам метод становиться составной частью Системы ППР (контроля).
3.9.9. Другой задачей ТД является прогнозирование остаточного ресурса оборудования и установления срока его безотказной работы без ремонта (особенно капитального), то есть корректировка структуры ремонтного цикла.
3.9.10. Техническое диагностирование успешно решает эти задачи при любой стратегии ремонта, особенно стратегии по техническому состоянию оборудования. В соответствии с этой стратегией работы по поддержанию и восстановлению работоспособности оборудования и его составных частей должны осуществляться на основе ТД оборудования.
3.3.11. Техническое диагностирование является объективным методом оценки технического состояния оборудования с целью определения наличия или отсутствия дефектов и сроков проведения ремонта, в том числе прогнозирования технического состояния оборудования и корректировки нормативов периодичности ремонта (особенно капитального).
3.3.12. Основным принципом диагностирования является сравнение регламентированного значения параметра функционирования или параметра технического состояния оборудования с фактическим при помощи средств диагностики. Под параметром здесь и далее согласно ГОСТ 19919-74 понимается характеристика оборудования, отображающая физическую величину его функционирования или технического состояния.