Меню раздела

Двигатель как объект диагностирования


В соответствии с ГОСТ 20911-75 техническое диагностирование делят на два вида: функциональное и тестовое. При проведении функционального диагностирования на двигатель при его функционировании (в обычных условиях эксплуатации) поступают только рабочие воздействия. В случае тестового диагностирования на двигатель подаются тестовые воздействия (предназначенные только для целей диагностирования при работе двигателя на режимах, не соответствующих нормальной эксплуатации). Все виды диагностирования осуществляют в той или иной мере автоматически (или автоматизированно) соответствующими системами технического диагностирования, которые делят на локальные (диагностирующие составные части изделия или заготовки) и общие (диагностирующие изделие или заготовку).
В любой автоматической системе главным ее звеном является объект. Система диагностирования не является исключением-она должна создаваться для конкретных двигателей с учетом требований к их эксплуатации и их специфических свойств. В то же время для различных систем объект следует рассматривать по-разному, в зависимости от создаваемой системы. Так, например, если диагностирование проводят по изменению частоты вращения коленчатого вала, то двигатель как объект представляют в виде вращающихся инерционных масс, находящихся под воздействием крутящего момента и момента сопротивления; если используют информацию о температурном состоянии двигателя, то его как объект представляют в виде теплообменного устройства и т.п. При создании систем диагностирования необходимо в известной мере абстрагироваться от рабочего назначения двигателя и найти для каждого вида систем и вида диагностирования его специфическую физическую модель, которая далее должна быть представлена соответствующей математической моделью. Однако в задачах технического диагностирования не всегда удается найти простой физический аналог объекта и описать его математически.
Поэтому формированию физической и математической модели должно предшествовать изучение свойств натурного объекта. Формирование и разработка системы диагностирования двигателя предусматривают ряд последовательных этапов.
1. Сбор и изучение данных о характерных дефектах (отказах) двигателя, его систем, механизмов, деталей.
2. Исследование и анализ физических процессов, происходящих в объектах диагностирования, для выявления механизма возникновения и признаков проявлений дефектов.
3. Выделение объектов диагностирования (системы, механизмы, агрегаты и детали двигателя), проводимое с использованием различных методов анализа, с учетом экономических факторов, технических возможностей текущего контроля. В результате анализа формируется некоторое множество объектов, диагностирование которых является необходимым и оправданным в экономическом и техническом отношении.
4. Разработка модели диагностирования, в соответствии с которой выбирают метод диагностирования и разрабатывают алгоритм диагностирования.
5. Выбор и разработка средств диагностирования (включая место и характер сопряжений объекта и средств диагностирования).
6. Разработка конструктивных требований к объектам диагностирования для обеспечения проведения диагностирования и разработка соответствующей технической документации.
7. Испытание системы диагностирования и разработка документации на эксплуатацию систем диагностирования.
Перед разработчиком двигателя стоит сложная и трудоемкая задача по созданию эффективной системы диагностирования. Решение этой задачи упрощается по мере накопления опыта и развития технической диагностики, разработке ГОСТов на нее. Так, для автомобильных, тракторных, комбайновых, мотороллерных и мотоциклетных поршневых двигателей внутреннего сгорания ГОСТ 23435-79 устанавливает номенклатуру параметров, используемых при проверке их работоспособности и поиске дефектов.
В качестве объекта диагностирования используют двигатель в целом и его составные части: цилиндропоршневую группу, кривошипно-шатунный механизм, систему питания, смазочную систему, систему охлаждения, систему зажигания (карбюраторных двигателей), электрооборудование. Для каждого объекта диагностирования назначают диагностический параметр: прямой (структурный, который непосредственно характеризует техническое состояние) и косвенный (функционально зависящий от структурного).
Эффективное использование диагностирования при выбранных объектах и диагностических параметрах возможно в том случае, если объекты приспособлены к диагностированию, что определяется возможностью установки различных средств диагностирования (первичных преобразователей и другого оборудования) для получения диагностической информации без вмешательства в работу и конструкцию двигателя при обеспечении согласования характеристик двигателя или его составных частей с методом диагностирования и характеристиками средств диагностирования. Задача по обеспечению приспособленности к диагностированию решается проще для мощных судовых, стационарных, тепловозных двигателей. Современные автотракторные двигатели имеют ограниченную приспособленность к диагностированию.
ГОСТ 23563-79 устанавливает требования к контроле-пригодности изделий, которые касаются прежде всего конструктивного исполнения изделия. К контроле-пригодности двигателя должны предъявляться следующие требования:
по приспособленности двигателя к рациональным методам и средствам диагностирования в зависимости от вида и назначения систем диагностирования;
по взаимному согласованию устройств сопряжения двигателя или его составных частей со средствами диагностирования с учетом широкого использования стандартизованных и унифицированных устройств сопряжения (разъемов, клеммных колодок, переходников, штуцеров и др.);
по безопасному соединению устройств сопряжения двигателя и средств диагностирования, исключающему возможность их неправильного соединения, короткого замыкания при учете эргономических и эстетических показателей;
по числу, расположению и доступности устройств сопряжения (устанавливаются исходя из необходимости обеспечить заданную трудоемкость подготовки двигателя к диагностированию с учетом минимального демонтажа двигателя, например, применение быстросъемных крышек люков, одновременно соединяемых разъемов и др.);
по легко-соединяемости и легкосъемности устройств сопряжения (например, применение быстрой и надежной системы крепления рациональной конструкции разъемов, их массы, размеров и др.);
к специальным устройствам сопряжения, обеспечивающим рациональное ограничение их номенклатуры и типоразмеров.
Для качественной оценки приспособленности объекта к техническому диагностированию вводится понятие категории контроле-пригодности (ГОСТ 24029-80). Под категорией контроле-пригодности понимается качественная характеристика приспособленности изделия к техническому диагностированию заданными средствами. Категория контроле-пригодности образуется сочетанием групп конструктивного исполнения изделия по контроле-пригодности, характеризующих его приспособленность к решению задач проверки исправности (работоспособности, функционирования) и поиска дефектов, ее нарушающих, в зависимости от назначения системы диагностирования по ГОСТ 20417-75.
Для объекта диагностирования устанавливают шесть групп конструктивного исполнения изделия по контроле-пригодности для поиска дефектов, нарушающих исправность и (или) работоспособность, функционирование. Чем выше номер групп, тем хуже конструкция по контроле-пригодности. Группу конструктивного исполнения изделия устанавливают в зависимости от следующего:
вида средств диагностирования (встроенные, встроенные и внешние, внешние);
характеристики работ при подготовке изделия к диагностированию (если работы такие отсутствуют, контроле-пригодность высокая и исполнение соответствует 1-й группе; если работы необходимы, то контроле-пригодность ухудшается с возрастанием объема этих работ);
характеристики способа сопряжения изделия со средствами диагностирования (если не имеется ограничений на способ сопряжения-1-я группа конструктивного исполнения, если ограничения есть-номер группы возрастает);
характеристики способа унификации сигналов в каналах связи (если нет ограничений, то 1-я группа, если есть, то более высокая).
Для проверки исправности и (или) работоспособности существуют всего пять групп конструктивного исполнения изделия по контроле-пригодности. Это связано с тем, что для конструкции изделия, соответствующей 6-й группе, при проведении диагностирования требуются монтажно-демонтажные работы со снятием составных частей изделия, разрывом гидропневмосистем, электрических, механических цепей, и в этом случае невозможно проверить именно работоспособность изделия.
Каждой группе конструктивного исполнения изделия по контроле-пригодности для проверки неисправности и работоспособности соответствует определенное число групп конструктивного исполнения изделия для поиска дефектов, нарушающих его исправность. Так, первой группе конструктивного исполнения для проверки работоспособности соответствует шесть групп исполнения для поиска дефектов, второй группе — пять групп исполнения для поиска дефектов (с номера 2 по 6-й номер), третьей группе-четыре группы исполнения для поиска дефектов (с номера 3 по 6-й номер) и т.п.
Таким образом, получают 19 вариантов сочетаний различных групп конструктивного исполнения изделия по контроле-пригодности. Эти сочетания и являются категорией контроле-пригодности. Чем выше порядковый номер категории контроле-пригодности, тем хуже качественная характеристика приспособленности изделия к техническому диагностированию. Выше, например, отмечалось, что тракторные двигатели обладают плохой приспособленностью для диагностирования. Это подтверждается тем, что ГОСТ 24925-81 устанавливает 4-ю группу конструктивного исполнения тракторов по контроле-пригодности, а этому соответствует 15-я категория контроле-пригодности. При заданной категории контроле-пригодность различных двигателей оценивают совокупностью установленных для этой категории показателей.
Как видно из изложенного, разработка модели двигателя и его составных частей в качестве объекта диагностирования является сложной задачей, и успешное ее решение-первостепенное условие создания системы диагностирования.