Основы технической диагностики гидроприводов

Увеличение использования сложных и дорогостоящих технических систем, к которым относятся гидравлические приводы, применяемые в различных отраслях в качестве исполнительных органов систем управления и автоматизации производственных процессов, приводов рабочих органов машин, а также требования безопасности, безотказности и долговечности делают весьма важной оценку их технического состояния. Эффективность эксплуатации таких машин во многом зависит от наличия современных методов и средств диагностирования гидроприводов.

Основной задачей технической диагностики является распознавание состояния гидропривода в условиях ограниченной информации. В отличие от общей теории надежности, которая изучает закономерности статистических показателей, характеризующих объекты, диагностика изучает методы, позволяющие определить фактическое текущее состояние гидроприводов в течение всего срока эксплуатации.

Термин «диагностика» происходит от греческого слова «диагнозис» и означает распознавание, определение. В процессе диагностирования устанавливается диагноз, т.е. определяется состояние больного (медицинская диагностика) или состояние технической системы (техническая диагностика).

Одно из необходимых условий поддержания машин с гидравлическим приводом в исправном состоянии заключается в обеспечении их технического контроля - проверки соответствия приво¬да и его элементов установленным техническим требованиям.

Технический контроль осуществляется в два этапа:

1) получение первичной информации о состоянии объекта (преимущественно с помощью измерений);

2) сопоставление первичной информации с заранее установленными нормами и получение вторичной информации об их совпадении или несовпадении.

Техническое диагностирование (в отличие от технического контроля) предполагает определение технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью. Техническая диагностика - это установление и изучение признаков, характеризующих состояние технических систем, для предсказания возможных отклонений (в том числе за допустимые пределы, вследствие чего возникают отказы), а также разработка методов и средств определения состояния этих систем с целью своевременного предотвращения нарушений нормального режима работы.

Разработка систем диагностирования начинается с анализа реальных условий работы гидравлических приводов при эксплуатации и физических процессов изменения технического состояния их узлов и элементов. На основании такого анализа производится построение диагностической модели исследуемого привода, выбор и обоснование диагностических параметров (диагностических признаков) и допусков при эксплуатации. На следующем этапе с учетом уровня эксплуатационной технологичности привода, заложенного при проектировании, производится разработка алгоритма оценки его технического состояния по диагностическим параметрам и правил принятия решений. Для сложных систем современных гидравлических приводов важной задачей является разработка методики поиска неисправностей и отказавших элементов.

Техническое диагностирование осуществляется путем измерения и контроля (сравнения) количественных значений параметров, анализа и обработки результатов измерения и контроля, а также путем управления объектом в соответствии с алгоритмом диагностирования. Методы диагностирования определяют исходя из поставленных перед системой диагностирования задач.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Рассмотрим основные термины и определения, которыми приходится оперировать при изучении проблем технической диагностики. Эти термины являются ключевыми в диагностике и помогут в освоении излагаемого материала. Следует отметить, что большинство из них соответствуют изложению и трактовке в стандартах. Некоторые из приведенных терминов и определений будут рассмотрены более подробно в соответствующих разделах мо¬нографии. Техническая диагностика - отрасль знаний (наука), исследующая технические состояния объектов диагностирования и проявления технических состояний, разрабатывающая методы их определения, а также принципы построения и организацию использования систем диагностирования.

Основная задача технической диагностики - распознавание состояния технической системы в условиях ограниченной информации.

Техническое диагностирование - процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью.

Технический контроль - проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям.

Объект технического диагностирования (объект диагностирования) - изделие и его составные части или заготовка, техническое состояние которых подлежит определению. Результат диагностирования (технический диагноз) - заключение о техническом состоянии объекта с указанием, при необходимости, места, вида и причины дефекта.

Поиск дефекта - диагностирование, целью которого является определение места и, при необходимости, причины и вида дефекта объекта.

Глубина поиска дефекта - характеристика поиска дефекта, задаваемая указанием составной части объекта диагностирования или ее участка, с точностью до которых определяется место дефекта.

Распознавание состояния системы — отнесение состояния системы к одному из возможных классов (диагнозов).

Алгоритм распознавания - совокупность последовательных действий в процессе распознавания.

Техническое состояние - совокупность свойств объекта, подверженных изменению в процессе производства или эксплуатации, характеризуемая в определенный момент признаками, установленными технической документацией на этот объект.

Контроль технического состояния - процесс определения вида технического состояния объекта (исправности, работоспособности, правильного функционирования).

Вид технического состояния - категория технического состояния, характеризуемая соответствием или несоответствием качества объекта определенным техническим требованиям, установленным технической документацией на этот объект.

Неисправность - состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.

Исправное состояние - это состояние, при котором изделие соответствует всем требованиям технических условий, определяющих его качество.

Проверка исправности - процесс подтверждения того, что в объекте нет ни одной неисправности.

Работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Проверка работоспособности - процесс подтверждения того, что объект в состоянии выполнять все функции, предусмотренные его рабочим алгоритмом функционирования. Под функционированием понимают выполнение предписанного объекту алгоритма функционирования при применении объекта по назначению.

Проверка правильности функционирования - процесс подтверждения того, что в объекте не появились неисправности, нарушающие его нормальную работу в настоящий момент времени.

Предельное состояние - это состояние изделия, при котором его восстановление либо дальнейшее использование по назначению недопустимо или нецелесообразно. Тестовое диагностирование, при котором на объект подаются тестовые воздействия, т.е. анализируется реакция объекта на специальное возмущающее воздействие.

Функциональное диагностирование - диагностирование во время функционирования объекта.

Контролеспособность - свойство изделия обеспечивать достоверную оценку его технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов.

Контролепригодность - свойство изделия, заключающееся в при¬способленности его к диагностированию заданными средствами.

Диагностический признак (параметр) - признак объекта диагностирования, используемый в установленном порядке для определения технического состояния объекта.

Контрольная точка - место расположения первичного источника информации о контролируемом параметре объекта контроля.

Измерительный преобразователь (датчик) - средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдением.

Встроенное средство технического диагностирования - средство диагностирования, выполненное в общей конструкции с объектом диагностирования.

Система технического диагностирования - совокупность средств и объекта диагностирования и, при необходимости, исполнителей, подготовленная к диагностированию или осуществляющая его по правилам, установленным соответствующей документацией. Диагностическая ценность признака - количество информации, которая вносится признаком в систему состояний.

Простой признак - результат обследования, который может быть выражен одним из двух символов (или двоичным числом).

Сложный признак (разряда т) — результат обследования, который может быть выражен одним из т символов.

Функциональный контроль - определение способности правильного выполнения функций, возлагаемых на сложную систему.

Параметрический контроль - контроль посредством измерения значений электрических (или других) параметров.

Обобщенный параметр - это диагностический параметр, характеризующий техническое состояние нескольких составных частей машины.

Диагностическая модель - устанавливает связь между состояниями технической системы и их отображениями в пространстве диагностических сигналов.

ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Основной целью технического диагностирования является повышение надежности гидроприводов и снижение затрат, связанных с их эксплуатацией. Решение этой проблемы может быть осуществлено путем раннего обнаружения неисправностей и предупреждения их развития в процессе эксплуатации.

К задачам, которые решаются в процессе диагностирования и могут привести к достижению поставленной цели, относятся следующие:

1) обнаружение дефектов (неисправностей);

2) нахождение причин отказов гидроприводов и их узлов;

3) определение фактического технического состояния гидропривода в данный момент времени;

4) выявление необходимости регулировок или замены узлов;

5) установление необходимости текущего или капитального ремонта гидроагрегатов;

6) оценка качества выполнения работ при техническом обслуживании и ремонте;

7) предсказание с определенной достоверностью изменения фактического технического состояния для любого момента времени, т.е. прогнозирование остаточного ресурса узла или привода на основе анализа отказов.

Одна из ключевых задач технической диагностики - распознавание состояния гидропривода. Но распознавание осуществляется, как правило, в условиях ограниченной информации. Эти ограничения связаны прежде всего с тем, что диагностирование гидропривода или его узлов должны производиться без разборки объекта. Техническую диагностику называют безразборной диагностикой (без вскрытия).

Для поддержания гидроприводов в исправном состоянии в большинстве отраслей промышленности (оборудование в цехах, транспортные средства, авиация, подъемно-транспортные машины) предусмотрена планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта. Система называется плановой потому, что все виды работ производят после строго установленного промежутка времени работы технического объекта по заранее составленному плану-графику. Предупредительный характер системы технического обслуживания предусматривает проведение мероприятий, предупреждающих возникновение неисправностей и отказов гидроприводов в период их эксплуатации. Однако регламентация операций технического обслуживания по наработке не всегда соответствует действительному техническому состоянию привода и не учитывает особенностей конструкции конкретной машины или станка и условий их эксплуатации. Поэтому, с одной стороны, часть узлов заменяется преждевременно, не выработав ресурса, что ведет к повышенным затратам на запчасти. С другой стороны, некоторые узлы или приводы находятся в эксплуатации в межремонтном сроке в неисправном состоянии. Это вызывает интенсивный износ и поломки сопряженных узлов и агрегатов, может привести к аварийной ситуации.

Поэтому другой важной задачей технической диагностики является переход к техническому обслуживанию гидроприводов по необходимости (или по состоянию), а не по наработке.

Решение задач технической диагностики всегда связано с прогнозированием надежности на ближайший период эксплуатации (до следующего технического обслуживания). Обеспечению высокого уровня надежности на стадии эксплуатации служит комплекс диагностических мероприятий. Поэтому становятся актуальными проблемы прогнозирования изменения технического состояния гидравлических приводов, и на основе этого - совершенствование методов технического обслуживания и ремонта, внедрение прогрессивных методов эксплуатации по техническому состоянию.

Решение задач технического диагностирования как процесса определения состояния гидропривода и его узлов позволяет:

1) полнее использовать ресурс узлов, агрегатов и привода в целом;

2) устранить необоснованную разборку узлов и снизить скорость изнашивания трущихся поверхностей;

3) уменьшить простои технических объектов из-за неисправностей гидроприводов путем прогнозирования и предупреждения отказов;

4) снизить трудоемкость ремонта и технического обслуживания за счет сокращения разборочно-сборочных работ;

5) повысить экономические показатели работы машин и технологического оборудования.

ФУНКЦИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Техническое диагностирование выполняет три основные функции:

1)получение информации о техническом состоянии привода;

2) обработка и анализ полученной информации;

3) подготовка или принятие решений по объемам и срокам обслуживания и ремонта привода.

Первая функция предусматривает измерение диагностических параметров, оценивающих техническое состояние привода, и установление качественных и количественных признаков состояния.

Вторая - обработку и сравнение полученных значений параметров с допустимыми. Т

ретья - анализ результатов сравнения и установление характера, объема и срока работ по ремонту гидропривода и его отдельных элементов (агрегатов).

С математической точки зрения процедура диагностирования гидропривода может быть разбита на три этапа:

1) описание объекта;

2) выявление признаков;

3) принятие решения (диагноз).

Первичное описание объекта заключается в выборе информации, необходимой для принятия решения о принадлежности привода к одному из возможных состояний. Эта задача наиболее сложная, и ее трудно формализовать.

Любое состояние привода характеризуется савокупностью параметров (признаков). Эти параметры должны быть достаточно информативны, чтобы при выбранной глубине поиска дефекта процесс распознавания состояний мог быть осуществлен. Принятие решения заключается в разработке правила, позволяющего получить достоверный диагноз.

СТРУКТУРА ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Техническая диагностика рассматривается как раздел общей теории надежности гидропневмоприводов и, в свою очередь, состоит из двух основных направлений: теории распознавания и теории контролеспособности. Основной задачей технической диагностики является распознавание состояния технической системы в условиях ограниченной информации. Теоретическим фундаментом для решения этой задачи является теория распознавания образов, которая используется для построения диагностических моделей объектов диагностирования, а также для разработки алгоритмов распознавания и правил принятия решений. Диагностические модели устанавливают связь между техническими состояниями привода и их отображениями через измеряемые сигналы. Алгоритмы распознавания применительно к задачам диагностики могут рассматриваться как задачи классификации. Важной частью теории распознавания являются правила принятия решений. Принятие решений часто осуществляется в условиях недостатка информации и связано с риском пропуска неисправного состояния и ложной тревоги. Поэтому для принятия обоснованного решения целесообразно использовать методы теории статистических решений.

Под контролеотособностью понимают свойство изделия обеспечивать достоверную оценку его технического состояния и обнаружение неисправностей и отказов. Контролеспособность создается конструкцией изделия и принятой системой технической диагностики.

Контролепригодность - свойство изделия, заключающееся в приспособленности его к диагностированию заданными средствами. Контролепригодность гидроприводов и их агрегатов обеспечивается на стадии их разработки и изготовления путем выполнения требований к конструктивному исполнению изделий с точки зрения технического диагностирования. Контролепригодность может бьггь улучшена за счет простого и удобного подключения датчиков, выбора эффективных методов контроля и диагностирования, оборудования гидропривода специально предусмотренными присоединительными разъемами, штуцерами, заглушками, введением в конструкцию встроенных датчиков, применение датчиков с универсальным выходным сигналом, внедрением встроенных систем диагностирования и т.п.

Теория контролеспособности включает разработку средств и методов получения диагностической информации, контроль технического состояния объекта и поиск неисправностей. В сложных технических системах используется автоматизированный контроль состояния, которым предусматривается обработка диагностической информации и формирование управляющих сигналов. Одно из направлении теории контролеспособности - проектирование автоматизированных систем контроля. Важными задачами теории контролеспособности являются разработка алгоритмов поиска неисправности и тестов диагностирования, минимизация процесса установления диагноза. Однако не следует отождествлять техническую диагостику лишь с теорией контролеспособности, осуществляющей практическое, или экспериментальное диагностирование. С точки зрения контролеспособности техническую диагностику можно рассматривать как неотъемлемую часть системы обслуживания и ремонта машин. Теория распознавания позволяет рассматривать диагностику как теоретическую науку, основанную на широком использовании математического аппарата для определения технического состояния гидроприводов, выбора диагностических признаков и классификации диагнозов.

ВИДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОПРИВОДОВ

Под техническим состоянием гидропривода следует понимать совокупность характеризующих его свойств. Вид технического состояния - категория технического состояния, характеризуемая соответствием или несоответствием качества объекта определенным техническим требованиям, установленным технической документацией на этот объект.

Вид технического состояния определяется совокупностью технических состояний, удовлетворяющих или неудовлетворяющих некоторым заданным условиям. Признаками технического состояния являются количественные или качественные характеристики его свойств. Фактические значения количественных и качественных характеристик определяют техническое состояние объекта.

Для определения вида технического состояния необходимо:

а) определить техническое состояние гидропривода и его элементов путем диагностирования;

б) знать требования, определяющие исправность, работоспособных условиях. При этом в отдельных элементах привода могут быть неисправности, не влияющие на его работоспособность. Такую неисправность называют повреждением. Примерами повреждений могут являться нарушение окраски, вмятины, способ крепления и т. п. В работоспособном состоянии требования к неосновным свойствам могут не соблюдаться.

Переход в неработоспособное состояние осуществляется через отказ. Отказ приводит к полной или частичной утрате работоспособности машины в процессе её эксплуатации, т.е. нарушаются основные параметры, характеризующие ее нормальную работу. Сборочные единицы или детали, вызывающие отказ или неисправность машины, называют дефектными. Различают следующие виды отказов: частичные, полные, ресурсные, нересурсные, приработочные, внезапные, износные. |

Неисправности гидроприводов можно разделить на две группы: |

- неисправности агрегатов, обусловленные недопустимыми количественными изменениями какого-либо параметра или характеристики;

- неисправности системы в целом, связанные с изменением структурных связей между функциональными участками (неправильное соединение, нарушение функциональных параметров, обеспечиваемых системой в целом).

Под правильным функционированием понимают техническое состояние, при котором объект (привод) способен выполнять предписанный ему алгоритм функционирования. Проверка правильности функционирования по сравнению с проверкой работоспособности позволяет убедиться только в том, что гидропривод правильно функционирует в данном режиме работы. Гидропривод может правильно функционировать, но не быть работоспособным.

Проверка правильности функционирования может проводиться оператором, например, перед выездом или при ежедневном обслуживании. Проверка работоспособности осуществляется, как правило, при периодическом техническом обслуживании, исправности - при изготовлении и испытаниях, при капитальных ремонтах.

Состояние привода, при котором его восстановление либо дальнейшее использование по назначению недопустимо или нецелесообразно, называют предельным. Если гидропривод попал в подмножество неисправных состояний, одной из важных диагностических задач является поиск возникшей неисправности, или поиск отказавшего элемента (дефекта). Диагностирование, целью которого является определение места и, при необходимости, причины и вида дефекта привода, называется поиском дефекта.

Таким образом, при диагностировании в зависимости от цели и имеющихся средств решаются следующие частные задачи:

- проверка исправности;

- проверка работоспособности;

- проверка правильности функционирования;

- поиск дефекта.

ВИДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

В зависимости от способа получения информации о состоянии привода различают два вида диагностирования: тестовое и функциональное.

Тестовое техническое диагностирование - диагностирование, при котором на объект подаются тестовые воздействия.

Функциональное - диагностирование, осуществляемое во время функционирования объекта, на который поступают только рабочие воздействия.

Функциональное диагностирование привода осуществляется в процессе применения его по прямому назначению, в рабочем режиме. Никакие другие воздействия на объект со стороны средств диагностирования не подаются. Техническое состояние привода и этом случае определяется только на основе алгоритма функционирования привода на различных режимах работы. Воздействия, поступающие на входы объекта диагностирования при функциональном диагностировании называют рабочими. При функциональном диагностировании воздействия, поступающие на основные входы объекта, заданы его алгоритмом функционирования, и поэтому не могут выбираться исходя из условий эффективной организации диагностирования. Техническое состояние гидроприводов мобильных машин и их отдельных агрегатов в процессе эксплуатации в большинстве случаев оценивают с помощью методов функционального диагностирования.

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГИДРОПРИВОДОВ

Для определения действительного (фактического) состояния привода необходимо установить, какие параметры и каким способом следует проверять, а также какие технические средства при этом задействовать.

Параметры состояния гидропривода - это физические величины, характеризующие его работоспособность или исправность и изменяющиеся в процессе его работы. Диагностический признаком (параметром) называют признак объекта диагностирования, используемый в установленном порядке для определения технического состояния объекта. Каждая конкретная неисправность гидропривода характеризуется одним или несколькими внешними признаками ее проявления. В одном случае признаки указывают непосредственно на конкретную неисправность, в другом — характеризуют ее только косвенно. В процессе диагностирования гидроприводов для оценки их технического состояния используют как структурные, так и косвенные признаки.

Структурные параметры гидроприводов непосредственно характеризуют работоспособность агрегатов и привода в целом (зазоры, износы, натяги в сопряжениях, геометрическая форма и др.). Измерение структурных параметров связано, как правило, с необходимостью разборки узлов и агрегатов. Контроль по структурным параметрам широко используют при ремонте (дефектации).

Изменение структурных параметров сопровождается изменением параметров рабочих процессов гидропривода (давление и расход рабочей жидкости, температура рабочей жидкости, время подъема штока силового цилиндра и т.п.). Если параметры рабочих процессов имеют некоторую функциональную связь со структурными параметрами привода и характеризуют его техническое состояние, то они могут быть отнесены к диагностическим параметрам, косвенно характеризующим работоспособность или исправность привода. Косвенными диагностическими признаками могут служить акустические сигналы, изменение температуры корпусных деталей и рабочей жидкости, изменение давления в системе, наличие в рабочей жидкости продуктов износа, параметры, характеризующие динамическое состояние системы и т.п. Преимущество косвенных диагностических параметров перед структурными состоит в том, что их контроль не требует, как правило разборки агрегатов и может осуществляться в процессе работы гидропривода.

Можно также выделить в отдельную группу выходные параметры. Выходные параметры (признаки) привода или гидроагрегатов определяют их работоспособность согласно установленным техническим условиям. Обычно эти параметры могут быть измерены тем или иным способом. Контроль выходных параметров дает ответ на вопрос о работоспособности привода, но не определяет места и вида повреждения, приводящего к отказу.

Контроль структурных параметров позволяет фиксировать повреждения, которые приводят или могут привести к отказу привода. Величины износа, деформации, степень коррозии и т.п. также являются теми диагностическими признаками, по которым можно сделать вывод о техническом состоянии привода. Они являются первопричиной отказа и связаны с выходными параметрами функциональной зависимостью. Так как этих признаков в сложном приводе достаточно много, то их одновременная регистрация представляется нецелесообразной. Поэтому контроль повреждений является обычно вторым этапом диагностирования привода, после контроля его выходных параметров, когда необходимо установить причины потери приводом работоспособности и осуществить поиск дефекта. Контроль работоспособности привода по косвенным признакам наиболее распространен и производится в том случае, когда непосредственное измерение выходных параметров затруднено. Эти признаки должны быть функционально связаны с работоспособностью изделия и отражать изменения технического состояния, происходящие в гидроприводе. По объему и характеру передаваемой информации диагностические параметры подразделяются на частные и общие (или обобщенные), а также на взаимозависимые и независимые.

Частный диагностический параметр указывает на вполне определенную неисправность привода или агрегата. Так, например, смещение порога срабатывания предохранительного клапана непосредственно указывает на нарушение его регулировки.

При техническом диагностировании гидроприводов машин и технологического оборудования часто приходится оценивать состояние отдельных агрегатов по обобщенным параметрам.

Обобщенный - это диагностический параметр, характеризующий техническое состояние гидропривода (или гидроагрегата) вцелом. Так, изменение скорости выходного звена гидродвигателя характеризует его общее техническое состояние, но не указывает, что именно послужило причиной этого состояния (износ уплотнений поршня, гильзы цилиндра или изменение расхода рабочей жидкости). Использование обобщенных параметров состояния позволяет в значительной мере снизить трудоемкость диагностирования, особенно при внеплановом техническом обслуживании.

Независимые параметры самостоятельно указывают на конкретную неисправность. Взаимозависимые диагностические параметры самостоятельно (по одному) не определяют неисправность. Эго можно осуществить только совместной регистрацией нескольких параметров. Так, например, износ уплотнений поршня гидроцилиндра можно определить путем совместного измерения количества поступающей в гидроцилиндр рабочей жидкости, скорости перемещения штока, температуры рабочей жидкости, давления в напорной и сливной магистралях.

Количественной мерой параметра состояния является его значение, которое может бьпъ номинальным, нормальным и предельным.

Значение параметра технического состояния изделия или его элемента в начале эксплуатации называют номинальным, зазор в сопряжении, давление регулировки клапана, расход рабочей жидкости и т.д.

Допустимое значение параметра - значение, при котором обеспечивается безотказная работа составной части до очередного обслуживания при высоких технико-экономических показателях. Многие из параметров, характеризующих техническое состояние гидроприводов и их узлов, имеют два допустимых значения. Одно из них рассчитывают исходя из необходимости обеспечения надежной работы гидроагрегата до соответствующего очередного технического обслуживания, а второе - до очередного ремонта. Значения параметра, не выходящие за пределы допустимых величин, называют нормальными. Они находятся в диапазоне между номинальными и допустимыми величинами.

Предельное значение параметра - наибольшее или наименьшее, которое может иметь работоспособный гидроагрегат. При выходе значений параметров за предельные дальнейшая эксплуатация агрегата или привода в целом без проведения ремонта недопустима ввиду резкого увеличения интенсивности износа сопряжений, чрезмерного снижения производительности машины или нарушения требований техники безопасности. Достижение предельного течения хотя бы одного из параметров означает, что данная составная часть находится в предельном состоянии. Эти значения устанавливают на основании соответствующих критериев: технических, технико-экономических, технологических. Технические критерии предусматривают случаи, когда достигшие предельного состояния детали не могут больше выполнять с мои функции по техническим причинам, либо когда дальнейшая эксплуатация их доводит до аварийного отказа. Технико-экономические критерии определяют предельное состояние изделия в том случае, когда в результате изменения технического состояния меняются определенные свойства изделия, снижающие эффективность его использования. Технологические критерии характеризуют резкое ухудшение качества выполнения работ по причине предельного состояния рабочих органов машины.

Для диагностирования гидроприводов и их элементов имеются достаточно большое количество параметров (признаков), по которым можно судить о техническом состоянии привода. Однако нецелесообразно излишне расширять номенклатуру этих параметров. Следует иметь ввиду, что с одной стороны увеличение числа признаков приводит к росту объема информации о состоянии привода, а с другой стороны - к усложнению системы контроля и увеличению ошибки измерения.

При выборе и обосновании основных диагностических параметров гидроприводов необходимо учитывать их достаточность для достоверного определения технического состояния привода, основные причины и частоту отказов этих агрегатов, признаки их проявления. Следует обязательно учитывать также характеристики взаимных статистических связей признаков, отражающих взаимосвязи между различными процессами в приводе. Знание взаимных статистических связей позволит при необходимости устанавливать значения одних параметров по значениям других.

При выборе диагностических параметров следует обращать внимание на предъявляемые к ним требования:

- однозначность;

- стабильность;

- широта поля изменения;

- доступность; удобство измерения;

- удобство обработки результатов измерений;

- точность;

- информативность;

- технологичность и т.д.

Требование однозначности предусматривает соблюдение условия, при котором каждому значению структурного иди функционального параметра диагностируемого гидропривода соответствует единственное значение диагностического параметра. Требование стабильности устанавливает возможную величину отклонения диагностического параметра от своего среднего значения при неизменных значениях структурных параметров и условиях их измерения. Требование широты изменения устанавливает диапазон изменения диагностического параметра, соответствующий заданной величине изменения структурного параметра. Чем больше диапазон изменения диагностического параметра, тем больше его информативность. В первую очередь следует уделять внимание параметрам, характеризующим наиболее часто повторяющиеся отказы. Выбранный диагностический параметр должен нести наибольшую информацию о техническом состоянии диагностируемого агрегата.

Основными параметрами, по которым осуществляется диагностирование гидроприводов в целом, гидромашин, гидрораспределителей, гидроцилиндров, клапанов и других гидроагрегатов, являются:

- продолжительность рабочего цикла;

- объемный КПД (утечки рабочей жидкости);

- амплитуда пульсаций давления;

- параметры виброударной характеристики;

- уровень шума;

- максимальное развиваемое давление;

- установившаяся температура рабочей жидкости;

- установившаяся температура корпусных деталей;

- интенсивность нагрева;

- эффективная (гидравлическая) мощность;

- концентрация продуктов износа и абразива в рабочей жидкости;

- интенсивность нарастания или снижение давления;

- степень разрежения во всасывающей гидролинии;

- частота вращения ротора;

- характер изменения частоты вращения ротора;

- усилие сопротивления перемещению исполнительного органа;

- перепад давления;

- время перемещения штока на задаваемую длину;

- усадка штока за задаваемый интервал времени;

- давление срабатывания;

- тормозной путь исполнительного органа;

- степень засоренности фильтров;

- параметры состояния рабочей жидкости (вязкость, наличие воды, кислотное число и др.).

Причем многие из них являются производными (расчетными) от некоторого ряда поддающихся измерению параметров функционирования гидроприводов. К числу наиболее характерных из регистрируемых параметров диагностирования можно отнести:

- давление рабочей жидкости; перепад (разность) давлений;

- разрежение;

- пульсации давления;

- расход рабочей жидкости;

- уровень жидкости в баке;

- температура жидкости;

- температура корпусных деталей;

- время; перемещение линейное;

- перемещение угловое;

- положение подвижных элементов;

- частота вращения ротора;

- усилие;

- крутящий момент;

- уровень шума;

- виброударные характеристики;

- параметры рабочей жидкости.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

В вопросах диагностирования гидроприводов с использованием параметров рабочей жидкости можно выделить два ключевых аспекта: во-первых, оценка параметров, характеризующих техническое состояние самой рабочей жидкости как составной части диагностируемого привода; во-вторых, оценка технического состояния диагностируемого гидропривода по параметрам состояния рабочей жидкости.

Оценка состояния рабочей жидкости представляет собой важную техническую задачу и осуществляется по методикам, регламентированным стандартами. Причем особое внимание уделяется процессу отбора проб.

При приемке жидкости осуществляют контроль вязкости, содержания примесей, температуры вспышки и застывания, кислотного числа, воздействия на металлы и резину, стабильности против окисления.

При эксплуатации гидроприводов должен осуществляться периодический контроль вязкости, наличия механических примесей и воды, количества нерастворенного воздуха. Для контроля кинематической вязкости применяют капилярные, ротационные и вибрационные вискозиметры. При эксплуатации гидропривода устанавливаются предельные минимальные значения вязкости рабочей жидкости, при достижении которых масло должно быть заменено.

Оценки загрязненности жидкости осуществляется путем определения количества частиц загрязнений различных размеров в единице объема жидкости (гранулометрический состав) и массы частиц загрязнений в единице объема жидкости (мг/л). Для общепромышленных гидросистем рабочая жидкость считается чистой, если содержание загрязнений не превышает 50 мг/л (0,005 %). Гранулометрический состав может быть определен путем подсчета частиц различных размерных интервалов под микроскопом.

Наличие воды можно определить, подогревая пробу масла до 150°С в масляной ванне. При наличии воды масло вспенивается и слышен характерный треск. Во время эксплуатации гидроприводов наличие эмульсионной воды в рабочей жидкости можно определить визуально в виде капель размером 30...40 мкм.

Содержание нерастворенных газов в рабочей жидкости определяют ультразвуковым, радиоизотопным, фотоэлектрическим методами; путем сжатия жидкости до полного растворения газов в ней; путем измерения давления, расхода, объема, плотности газо-жидкостной смеси.

При диагностировании гидропривода по параметрам состояния рабочей жидкости наиболее распространенным комплексным показателем является температура жидкости. Однако достаточно широкое применение получили методы определения технического состояния гидроприводов и их элементов по количественному и качественному составу загрязнений рабочей жидкости. Для оценки загрязненности жидкости используются методы спектрального и гранулометрического анализа.

Спектральный анализ позволяет определить химический состав и процентное содержание загрязнений. По этому методу проба рабочей жидкости сжигается в электрической дуге между графитовыми электродами, а возникающее излучение анализируется специальными оптическими и электронными устройствами. Периодический отбор проб дает возможность прогнозировать состояние гидроагрегатов.

По методу гранулометрического анализа оценивают интенсивность изнашивания сопряженных пар гидромашин путем определения количества частиц загрязнений, которые могут регистрироваться фотоэлектрическим датчиком, устанавливаемым в сливной магистрали или на выходе гидромашин. Метод позволяет оценивать время приработки деталей гидромашин путем сравнения количества частиц загрязнений на входе и выходе гидромашины.

Достоинствами методов, использующих параметры состояния рабочей жидкости, являются низкая трудоемкость, отсутствие необходимости нагружения объекта диагностирования. К недостаткам можно отнести сложность отбора проб, низкая точность, трудность выявления неисправных элементов (локализации неисправности), необходимость использования дорогостоящего оборудования.

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ ВСТРОЕННЫЕ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГИДРОПРИВОДОВ

Диагностика является одним из важнейших факторов, обеспечивающих надежность и экологическую безопасность технических объектов. Основой получения информации об объекте диагностирования являются средства технического диагностирования, при этом предполагается проведение операций измерения различных параметров, совокупность которых служит основой для процесса диагностирования.

Встроенным средством технического диагностирования называют средство диагностирования, выполненное в общей конструкции с объектом диагностирования. Система технического диагностирования — это совокупность средств и объекта диагностирования и, при необходимости, исполнителей, подготовленная к диагностированию или осуществляющая его по правилам, установленным соответствующей документацией. Значительное количество транспортных средств (наземных, воздушных, водных, подземных) и технологических объектов оснащены гидравлическими приводами. Работоспособность гидропривода во многом определяет надежность машины в целом, поэтому оценка технического состояния гидросистем становится важной задачей в системе диагностирования объекта. За счет диагностирования гидроприводов во многом может бьггь решена задача диагностирования объекта вцелом.

Особую актуальность проблема диагностирования гидроприводов приобретает для «гидронасыщенных» объектов, в которых большинство систем управления и технологических системы имеют гидравлический привод. В качестве примера таких объектов можно привести карьерные автомобили-самосвалы особо большой грузоподъемности (до 180 тонн), оснащенные гидроприводом рулевого управления, тормозной системы, механизма подъема грузовой платформы, ряда вспомогательных систем.

Другой пример — горнопроходческие комбайны для строительства подземных туннелей диаметром до 6 м, где с помощью гидропривода осуществляется подача и вращение режущего органа, функционируют механизмы перемещения и изменения направления движения самого комбайна, а также манипулятор установки бетонных колец.

Круглосуточный режим работы этих объектов, условия их эксплуатации, значительные габариты, труднодоступность к системам и агрегатам обусловливают особые требования к надежной и безотказной работе гидропривода. Простои из-за отказов или из-за затрат времени на поиск и обнаружение неисправности ведут к значительным экономическим потерям. Кроме того, по причине отказа систем управления и несвоевременного предупреждения о нарушении режимов их функционирования могут возникать ситуации, негативно влияющие на экологическую обстановку и даже приводящие к тяжелому травмированию людей.

Конкурентоспособность, повышение надежности и снижение вероятности отказов гидроприводов, в особенности приводов мобильных машин, требуют увеличения потока индивидуальной информации об их техническом состоянии в ходе эксплуатации. Для рациональной оценки технического состояния диагностируемого гидропривода следует иметь достаточно большое количество такой информации, причем она должна быть обработана в кратчайший срок.

С целью предупреждения отказов и аварий, сокращения времени и затрат, связанных с обнаружением неисправностей, возникает необходимость проектирования и эксплуатации встроенных средств диагностирования «гидрофицированных» объектов.

Первым шагом на пути получения индивидуальной информации о диагностируемом гидроприводе можно считать использование комбинаций приборов, связанных с установленными в приводе датчиками, или бортовых систем контроля для мобильных машин.

Под бортовыми системами контроля обычно понимают встроенные в конструкцию мобильной машины устройства для автоматического (как правило, допускового) контроля параметров ее движения и функционирования узлов и агрегатов. Бортовые системы контроля позволяют своевременно информировать оператора (водителя) о возникновении в гидроприводе неисправности или отказа через специальные устройства-индикаторы, смонтированные в кабине или на пульте управления.

Опрос датчиков и вывод информации на индикаторы осуществляется в автоматическом или ручном режиме. По существу, простейшей бортовой системой контроля является стандартный комплект устройств, объединяемых в приборную панель.

Но традиционные бортовые системы контроля и панели приборов дают лишь самую общую картину функционирования гидропривода, субъективно оцениваемую оператором. По показаниям приборной панели затруднены корректировка режима работы с учетом фактического технического состояния и возможность выявления необходимости технического обслуживания или ремонта. Решение этих задач остается практически субъективным и зависит от квалификации водителя или механика. Кроме того, для получения достаточного количества информации о техническом состоянии гидросистем, например описанных выше карьерные автомобилей или горнопроходческих комбайнов, требуется 40-50 контрольных точек. При таком количестве контролируемых параметров применение традиционных встроенных средств контроля и диагностирования приводит к информационной перегруженности оператора, затрудняет восприятие информации, что снижает его функциональные возможности по управлению объектом или технологическим процессом. Снять эту проблему призваны так называемые системы встроенных датчиков и контрольных точек с штекерным разъемом, которые предусматривают наличие в диагностируемом приводе встроенных датчиков, подключенных к специальному унифицированному разъему, к которому может подсоединяться регистрирующая или записывающая аппаратура. Такие системы можно использовать, например, для диагностирования гидроприводов технологического оборудования в производственных помещениях, диагностирование мобильных машин будет эффективным лишь при наличии широкой сети специально оборудованных пунктов технического обслуживания.

Следующей ступенью в совершенствовании встроенных средств диагностирования гидроприводов является применение электронных (в том числе бортовых) систем контроля, которые позволяют более компактно организовать вывод информации и реализовать простейшие логические операции для оценки технического состояния гидропривода и его агрегатов. К возможностям таких систем можно отнести вывод информации от нескольких датчиков на один индикатор, отказ от стрелочных и использование аналоговых световых индикаторов, применение панелей с пиктограммами для указания места неисправности. Принципиально новые возможности дает использование для обработки информации универсальных микропроцессоров вместо специализированных логических схем с неизменным алгоритмом. Микропроцессорные системы позволяют не только значительно увеличить количество поступающей в систему диагностирования информации, но и существенным образом ускорить ее обработку. Алгоритм обработки микропроцессору так же, как и ЭВМ, задается путем его предварительного программирования. В состав таких систем контроля входят встроенные датчики, аналого-цифровые преобразователи, средства отображения информации, средства предупреждения, блоки памяти, микропроцессор, стабилизированные блоки питания и др.

В общем случае микропроцессорная система может выполнять следующие функции:

1) измерение, расчет и отображение оперативной информации;

2) измерение, расчет и отображение прогнозируемой информации и выдача рекомендаций;

3) сигнализация (оптическая, акустическая, речевая) и предупреждение оператора;

4) управление системами и агрегатами гидропривода, режимом его работы;

5)диагностика и самодиагностика.

Развитие электроники с каждым годом делает возможным увеличение плотности информации и быстродействия микропроцессорных систем, что в конечном результате позволит приблизить во многом функциональные возможности средств встроенного диагностирования к возможностям стационарных или переносных средств. Поэтому очень эффективным оказывается применение встроенных средств диагностирования на базе бортового микропроцессора. Уплотнение информации и усложнение процедуры ее обработки бортовым микропроцессором позволяют добиться относительного сокращения количества встраиваемых датчиков и увеличения надежности и долговечности как самой системы диагностирования, так и диагностируемых гидроприводов. Такие системы называют встроенными системами диагностирования.

Встроенная система диагностирования (ВСД) представляет собой автономный комплекс для автоматической проверки степени работоспособности и исправности агрегатов и гидропривода в целом, позволяющий, в ограниченных пределах, локализовать некоторые неисправности по результатам контроля диагностических и функциональных параметров в эксплутационных или специальных тестовых режимах, причем результаты диагностирования могут быть представлены оператору или накапливаются для последующей обработки.

Использование бортового микропроцессора и встроенных датчиков делает возможным создание системы диагностирования с элементами искусственного интеллекта. Такая система на основе логического анализа значений контролируемых параметров выявляет неисправный элемент гидропривода, указывает путь устранения неисправности и предупреждает о предаварийной обстановке. Использование ВСД сокращает простои машин на техническое обслуживание агрегатов, не требующих этого по фактическому состоянию, сокращаются трудоемкие процессы монтажа измерительного оборудования при регулировочных работах и отыскании и локализации неисправных элементов гидропривода, обеспечивается значительное снижение трудовых затрат на техническое обслуживание и ремонт за счет исключения значительной части внезапных отказов и за счет участия водителя (оператора) в устранении мелких неисправностей, повышается безопасность эксплуатации объекта диагностирования.

Необходимо также отметить, что целесообразность оснащения встроенной системой диагностирования определяется типом мобильной машины или технологического оборудования, режимом их эксплуатации, сложностью диагностируемых приводов, ответственностью и стоимостью выполняемых ими операций.

По отношению к другим встроенным средствам диагностирования ВСД являются наиболее сложными и сравнительно новыми устройствами. Они находятся в стадии разработки, макетирования и экспериментальных исследований.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ВСТРОЕННОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ.

При разработке архитектуры ВСД требуется определить:

1) перечень, схему сбора и первичной обработки данных;

2)тип и вид аварийно-предупредительной информации;

3)вид устройства индикации;

4)необходимость и способ организации пульта управления.

При выборе контролируемых параметров и мест установки датчиков следует учитывать возможность измерения параметра, а также конструктивные особенности элементов диагностируемого гидропривода.

Сообщения встроенной системы диагностирования в зависимости от степени исправности гидросистем можно разделить на следующие группы:

1)профилактические сообщения в случае отклонения параметра от номинального значения, но гидросистемы при этом краткосрочно (например, до конца смены) сохраняют свои функциональные возможности;

2)возникли неисправности во вспомогательных системах, ограничивающие некоторые режимы работы объекта диагностирования (например, в мобильной машине вышли из строя технологические приводы, но остаются работоспособными гидроприводы, обеспечивающие ее транспортные характеристики);

3) зафиксированы отклонения параметров, при которых дальнейшая эксплуатация объекта диагностирования запрещена;

4)для гидроприводов мобильных машин можно выделить особую группу сообщений о неисправностях, при которых передвижение собственным ходом может привести к дорожно-транспортному происшествию, но сохраняется возможность передвижения при ограничении параметров движения (например, скорости) до ближайшего пункта технического обслуживания.

В качестве устройств отображения информации наиболее широкое распространение до настоящего времени имели различные световые индикаторы: лампы накаливания, светодиоды, мнемоника и т.д. в сочетании с тремя-четырьмя стрелочными приборами. Однако увеличение количества контролируемых параметров (до нескольких десятков) ведет к увеличению чиста ламп, стрелочных приборов, мнемонических знаков, что является причиной усложнения приборной панели, информационной перегруженности оператора, усложнению восприятия и расшифровки информации. Кроме того, для регистрации аналоговых величин требуется либо большое количество индикаторов, либо ряд дополнитетьных устройств (например, кнопок) для вывода различных параметров на один из индикаторов. В связи с этим целесообразным оказывается применение дисплейных устройств, позволяющих группировать и индицировать одновременно значительное количество параметров. Причем в этом случае количество аварийно-предупредительных световых сигнализаторов может быть сокращено до количества основных функциональных подсистем объекта диагностирования. Однако аварийно-предупредительная информация при любой архитектуре ВСД должна иметь несколько пороговых уровней. Например, предаварийная ситуация фиксируется включением красного светового сигнала, аварийная - дублированием звуковым сигналом, или предаварийная - пульсирующим световым сигналом, аварийная - постоянным световым сигналом.

Подавляющее большинство встроенных средств диагностирования не предусматривают вмешательства в их работу. Применение микропроцессорной техники дает возможность переключать режимы работы системы диагностирования, позволяет оператору участвовать в организации технологического процесса диагностирования, делает его работу более творческой. Поэтому целесообразным оказывается применение командного пульта, управляющего режимами работы системы диагностирования. Это делает оператора необходимой частью системы диагностирования, позволяет повысить эффективность системы, объединив возможности искусственного интеллекта, заложенного в микро-ЭВМ, с субъективными методами диагностирования, учитывающими опыт и квалификацию оператора, особенно в нетипичных, нештатных ситуациях.

Самым трудоемким процессом при создании системы диагностирования является разработка алгоритмов поиска и локализации неисправностей в подсистемах гидропривода. Для различных объектов эти алгоритмы специфичны, поэтому возникает необходимость каким-то образом формализовать подход к построению алгоритма поиска неисправностей. Основой для построения алгоритмов поиска неисправностей является принципиальная схема гидропривода, с помощью которой строится логическая модель объекта. Так как в «гидронасыщенных» объектах гидропривод представляет собой, как правило, сложную многофункциональную систему, целесообразно использовать принцип декомпозиции, выделяя отдельные функциональные подсистемы. Для каждой из подсистем строится логическая модель, причем в ней принимаются во внимание лишь те блоки, которые задействованы в рассматриваемом режиме работы (подъем или опускание платформы, торможение или оттормаживание и т.п.). На основе анализа логической модели устанавливаются причинно-следственные связи между отдельными блоками, анализируются различные комбинации измеряемых параметров и делается предположение о месте неисправности.

Такой подход позволяет минимизировать количество измеряемых параметров и контрольных точек и заменить параметры, непосредственно характеризующие неисправность, но измерение которых невозможно по раду причин, логической комбинацией более доступных параметров. Так, например, комбинируя параметрами давления в различных точках тормозной системы карьерного автомобиля-самосвала, можно предупредить перегрев тормозных барабанов и выявить нарушение зазоров в главном тормозном цилиндре или заедание механической части тормозного привода. Преимуществом данного метода является то, что первичные преобразователи устанавливаются не на каждом блоке, работоспособность которого проверяется системой диагностирования. Количество распознаваемых неисправностей (дефектов) может в несколько раз превышать количество контрольных точек. Работоспособность алгоритма поиска неисправностей может быть проверена с помощью

программ, написанных на языке высокого уровня, которые затем переводятся в машинные коды и записываются в ПЗУ бортового микропроцессора.

Разработка компьютерных систем диагностирования — задача относительно новая. Ее решение требует привлечения специалис¬тов самых различных направлений и организации слаженного взаимодействия разработчиков.


© 2014 Все права защищены
+38 (098) 7720516
+38 (050) 8475655
Мы работаем: пн-пт с 8.00 до 17.00,
сб с 9.00 до 14.00.
Выходной - воскресенье
ГлавнаяРемонт запчастейПродукцияЦеныСтатьиКонтактыДоставкаЛента
МЕТА - Украина. Рейтинг сайтов Rambler's Top100