Техническая диагностика Лекции (заочно)

11

чают на величину, гарантирующую безотказную работу в предстоящем межконтрольном пробеге.

Для обеспечения условий сравнимости диагностические нормативы относят к определенным скоростным, нагрузочным и тепловым режимам работы объекта.

В зависимости от сборочных единиц и механизмов автомобиля нормативные показатели условно можно разделить на две группы:

•устанавливаемые ГОСТами;

•рекомендуемые заводами — изготовителями автомобилей.

Диагностические нормативы первой группы относятся в основном к агрегатам,

сборочным единицам и узлам конструкции, определенно влияющим на обеспечение безопасности движения, а также к механизмам автомобиля, от которых зависит шум, вибрации и токсичность отработавших газов. Как правило, эти параметры (тормозной путь, время срабатывания тормозного механизма, содержание оксида углерода в отработавших газах и т.д.) отражают основные рабочие процессы механизмов и легко измеряются непосредственно. Производные диагностические параметры этой группы, напрямую не оговоренные ГОСТом, находят пересчетом соответствующего норматива.

Например, нормативное значение тормозной силы определяют по величинам тормозного пути и массы автомобиля. В эксплуатации корректировка нормативных показателей первой группы допускается только в сторону их ужесточения. Так, например, не допускается увеличение тормозного пути, повышения содержания оксида углерода в отработавших газах, уменьшение тормозной силы на колесах.

Диагностические нормативы второй группы в основном связаны с технологиче-

скими допусками структурных параметров на изготовление механизма, с одной стороны, и с оптимальными показателями надежности, долговечности и экономичности работы автомобиля — с другой. Как правило, нормативы структурных параметров устанавливаются на стадии проектирования и окончательно определяются при стендовых и эксплуатационных испытаниях опытных образцов.

Примером нормативных параметров этой группы могут служить установленные технической документацией зазоры в клапанном механизме, контактах прерывателя.

Среди нормативных показателей первой и второй групп имеются нормативы, относящиеся к тем конструктивным элементам, агрегатам и системам автомобиля, состояние которых не влияет на безопасность движения, но вызывает дополнительные эксплуатационные потери. Эти потери связаны с повышением расхода топлива, снижением мощности двигателя и эффективности использования автомобиля, уменьшением долговечности деталей и узлов, их более частыми ремонтами. Указанные показатели находят широкое применение при диагностике автомобиля и составляют группу промежуточных нормати-

вов.

Диагностическими могут быть параметры:

1.относительно стабильных величин - зазоры, нагрев и т.п.

2.цикличных величин, быстро изменяющихся процессов - вибрация.

Пример: Если, использовать люфт в качестве диагностического параметра, то, периодически измеряя его величину, можно в результате диагностирования не только обнаружить неисправность, но и предсказать ресурс безотказной работы данного механизма.

Для этого потребуется знание:

а) закономерности изменения диагностического параметра как функции пробега; б) нормативное значение параметра.

При использовании постепенно изменяющихся диагностических параметров, зако-

номерность их изменения может быть выражена уравнением:

S SН V tn ,

где SН — начальное значение диагностического параметра; V — интенсивность измене-

ния параметра (скорость изменения параметра в единицу наработки); t — наработка; n

— показатель степени, определяющий характер изменения параметра.

12

Изменение параметра n вносит криволинейный в зависимость диагностического параметра S от наработки t, (рис. 10).

Рис. 10.

Показатель степени n определяют на основе полученных в реальных условиях эксплуатации статистических данных о закономерностях изменения параметров состояния в зависимости от наработки.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Для определения остаточного ресурса конкретного сопряжения необходимо располагать исходными данными, представленными в табл. 2.

Таблица 2. Сведения, необходимые для прогнозирования остаточного ресурса при диагностировании

Исходные Данные	Обозначение	Источник информации
Номинальное значение диагностического параметра	SН	Технологическая карта ди-
		агностирования
Наработка объекта от начала эксплуатации до момента	tД	Показание:	мотосчетчика,
диагностирования		спидометра
Значение диагностического параметра на момент диагно-	SД	Показание	средства изме-
стирования (после наработки tД)		рений
Предельное значение диагностического параметра	SП	Технологическая карта ди-
		агностирования
Показатель изменения параметра за период приработки	ΔS	То же
Показатель степени, определяющий характер изменения	n	»
диагностического параметра

Представим схему прогнозирования остаточного ресурса при известной наработке на момент диагностирования (рис.11).

Рис. 11. Схема прогнозирования остаточного ресурса при известной наработке на момент диагностирования

13

Согласно представленной схеме изменение диагностического параметра в общем виде можно записать как:

S	Д	S	Н	S V	tn	,	(1)
				С	Д

где VС - коэффициент, характеризующий скорость изменения параметра.

Предельное изменение диагностического параметра в общем виде можно записать

как:

	S	П	S		Д	V	tn .		(2)
						С	ОСТ
	Из формулы * коэффициент, характеризующий скорость изменения параметра,
	определится выражением			SД SН S
	V							.	(3)
		С				tnД

Если подставить в формулу 2 выражение 3, то можно получить остаточный ресурс

в виде

S

П

S

Д

1 n

t

t

.

(4)

S

ОСТ

Д S

Д

Н

S

В случае, если наработка с начала эксплуатации неизвестна, то остаточный ресурс объекта можно определить при двукратном диагностировании.

Например, при текущем ремонте на двигатель были поставлены детали цилиндропоршневой группы с допускаемым износом (прошедшие приработку), т.е. пригодные для эксплуатации; наработка их с начала эксплуатации неизвестна. При очередном диагностировании провели первую проверку технического состояния цилиндро-поршневой группы, а после того как двигатель проработал еще один межконтрольный срок, повторно измерили тот же параметр.

В этом случае схема прогнозирования остаточного ресурса при неизвестной наработке на момент диагностирования будет иметь вид (рис.12).

Рис. 12. Схема прогнозирования остаточного ресурса при неизвестной наработке на момент диагностирования

Согласно представленной схеме (рис.12) изменение диагностического параметра в общем виде можно записать как:

S	Д2	S	Д1	V	tn	,	(5)
				С	Д1 2

где SД1 и SД2 - диагностические параметры полученные при первом и втором диагностировании; tД1 2 - наработка между первым и вторым диагностированием.

S	П	S	Д2	V	tn .	(6)
				С	ОСТ

14

Из формулы 5 коэффициент, характеризующий скорость изменения параметра, определится выражением

V	SД2 SД1	.	(7)
С	tnД1 2

Если подставить в формулу 6 выражение 7, то можно получить остаточный ресурс

в виде

S

П

S

Д2

1 n

t

t

Д1 2

.

(8)

ОСТ

S

S

Д2

Д1

АВТОМОБИЛЬ КАК ОБЪЕКТ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Автомобиль как система элементов

Автомобиль (агрегат, механизм) представляет собой упорядоченную систему (структуру) элементов. Работа автомобиля обусловлена взаимодействием указанных элементов между собой или средой.

В процессе эксплуатации структурные параметры непрерывно или дискретно изменяются от номинальных до предельных значений. Поэтому техническое состояние объекта определяется совокупностью отклонений от номинальных (или предельных) значений структурных параметров автомобиля, обусловливающих его исправность.

Автомобиль как объект диагностирования физически характеризуется; во-первых, потребностью (объемом, частотой) получения информации о его техни-

ческом состоянии; во-вторых, возможностью (приспособленностью) снятия этой информации.

Первая характеристика определяется законами распределения отказов (неисправностей) механизмов автомобиля, изменением его технического состояния, а также издержками, связанными с ТО и ремонтом. Вторая характеристика определяется контролепригодностью автомобиля и оценивается трудоемкостью и стоимостью диагностических работ.

Элементы автомобиля непосредственно или косвенно связаны между собой. Эти связи могут быть последовательными, параллельными и смешанными.

Чтобы получить полную и достоверную информацию при одноразовом (первичном) диагностировании, требуются сложные и дорогостоящие средства. В связи с этим преимущественно используется двукратное диагностирование:

•общее — по основным параметрам работоспособности объекта;

•поэлементное — сопровождающееся последовательным устранением неисправностей, т.е. диагностирование, совмещенное с ТО автомобиля.

Равнопрочность элементов автомобиля практически невозможна. Поэтому первоочередными объектами диагностирования являются те элементы и сопряжения, отказ которых наиболее вероятен.

Такие элементы называют критическими, или определяющими.

Критичность элементов оценивают:

-коэффициентом повторяемости неисправностей;

-средней частотой возникновения;

-процентными отношениями числа появлений неисправностей данного элемента;

-стоимостными и трудовыми затратами на устранение пропущенных отказов,

-проведением планового обслуживания и диагностирования.

Статистический анализ показателей надежности и затрат на восстановление отказов позволяет получить характеристику и адрес наиболее слабого звена объекта диагностирования.

15

ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ АВТОМОБИЛЯ

В процессе эксплуатации структурные параметры объекта диагностирования изменяются, а упорядоченность системы в целом и ее функциональные качества ухудшаются, деградируют.

Для того чтобы измерить степень этой деградации в данный момент и прогнозировать ее в предстоящем пробеге, необходимо знать закономерности и причины изменений структурных параметров под воздействием типичных эксплуатационных факторов.

Такими причинами изменения структурных параметров механизмов автомобиля являются:

•естественное изнашивание, старение (или какой-либо другой вид постепенной деградации) при нормальных малоизменяющихся условиях эксплуатации;

•форсированное изнашивание (или другой вид изменения) под воздействием нарушений

нормальной эксплуатации (появление в масле или топливе абразива, воды; длительная работа при высоких скоростных, нагрузочных, тепловых режимах; нарушение регулировок);

• производственные дефекты, а также случайные значительные сосредоточенные нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации (наезд на препятствие, удары).

Впроцессе естественного изнашивания происходит постепенное, монотонное изменение структурных параметров вследствие трения при естественных для данного объекта изменениях нагрузочных, скоростных и тепловых режимов. При этом изнашивание может быть прогрессивным, ускоряющимся (например, при изнашивании жесткого сопряжения) либо, наоборот, замедляющимся (например, при изнашивании упругих сопряжений вследствие уменьшения давления на контакте при потере упругих свойств).

Форсированные изменения параметров технического состояния механизмов автомобиля тоже являются постепенными. В отличие от естественного изнашивания интенсивность их изменений может быть понижена эксплуатационными мерами. Эти изменения протекают быстрее, чем при естественном изнашивании, поэтому для их обнаружения требуются относительно простые, не обладающие высокой точностью измерительные средства.

Врезультате производственных дефектов (трещины, неснятые напряжения), а также случайных эксплуатационных воздействий (наезды на препятствие, удары) происходят внезапные изменения структурного параметра. Вследствие этих изменений (макроповреждений) автомобилю обычно требуется ремонт с заменой деталей и узлов, потому что изменения могут сразу привести к отказу объекта или существенно снизить его ресурс и надежность. Внезапный характер возникновения таких изменений не позволяет осуществлять их индивидуальное прогнозирование.

Вреальных условиях имеет место одновременное существование всех перечисленных типов деградации объекта.

СТРУКТУРНО-СЛЕДСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Для того чтобы разработать какой-либо метод и технологию диагностирования автомобиля, недостаточно знать закономерности изменения параметров его отдельных механизмов или узлов. Необходимо обобщенное логическое или аналитическое описание наиболее важных свойств всего объекта диагностирования.

В целом это описание (модель) должно включать в себя перечень наиболее часто отказывающих элементов (узлов, механизмов, деталей) автомобиля, соответствующие этим элементам структурные и диагностические параметры и связи между ними.

Наиболее простым и логическим описанием объекта диагностирования является структурно-следственная модель. Схема структурно-следственной модели объекта диагностирования на примере цилиндропоршневой группы автомобильного двигателя представлена на рис.13.

16

Объект диагностирования – цилиндропоршневая группа 1 уровень - (гильза - кольцо – поршень)

объект в целом

2 уровень -

Зазор

Зазор

Зазор

кольцо -

Упругость

сопряжения

цилиндр -

в стыке

канавка

кольца

между

поршень

кольца

поршень

элементами

объекта

3 уровень -

Износ

Износ

Закоксо-

дефект

цилиндра

Поломка

(неисправ-

канавки

вывание

или

кольца

ность)

поршня

кольца

поршня

элементов

объекта

4 уровень - диагностические признаки, соответствующие изменению структурных параметров

Стуки

Частицыизносав масле

Прорывгазоввкартер

Дымныйвыхлоп

Мощность

Угармасла

Перерасходтоплива

Изменениестепени сжатия

5 уровень -		Перерасход масла и топлива, плотность газов, падение мощности,
диагности-
ческие		количество прорвавшихся газов, уменьшение компрессии и вибрации
параметры

Рис. 13. Структурно-следственная модель объекта диагностирования

Последний уровень модели занимают диагностические параметры, т.е. физические величины, при помощи которых можно измерить сопутствующие или рабочие процессы объекта диагностирования и таким образом определить техническое состояние объекта без его разборки.

Структурно-следственная модель создается на основе инженерного изучения устройства объекта и его функционирования, статистического анализа показателей надежности и оценки диагностических параметров. Эта модель дает наглядное представление о наиболее ответственных элементах объекта диагностирования, его структурных и диагностических параметрах и связях между ними в масштабе данного объекта. Пользуясь структурно-следственной моделью, можно выбрать наиболее важные диагностические параметры и, следовательно, методы и средства диагностирования.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ДИАГНОСТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА

Для разработки технологического процесса диагностирования сложного объекта, включающего в себя параллельные и последовательные подсистемы, кроме структурноследственных схем необходима функциональная модель. Такая модель раскрывает межэлементные и блочные связи объекта и позволяет определить оптимальную технологиче-

17

скую последовательность (тесты и программы) процессов диагностирования агрегатов и систем, приборов и узлов автомобиля.

Модель (схема) диагностического объекта обычно изображается графически — каждый элемент обозначается прямоугольником с некоторым количеством входов (входных воздействий) и одним выходом (реакцией элемента). Функциональные модели диагностики абстрактного объекта и системы регулирования оборотов двигателя легкового автомобиля представлены на рис.14.

Рис. 14. Функциональные модели диагностики абстрактного объекта (а) и системы регулирования оборотов двигателя легкового автомобиля (б):

B1...В5 — элементы объекта; Х1, Х3, Х4 — внешние воздействия; Y1…У5 — реакции; φ — положение дросселя; р — разрежение в патрубке; α, β — углы опережения зажигания; n — частота вращения коленчатого вала двигателя

КОНТРОЛЕПРИГОДНОСТЬАВТОМОБИЛЯ

К конструктивным особенностям, определяющим автомобиль как объект диагностирования, относится контролепригодность его агрегатов, систем и механизмов. Под термином «контролепригодность» понимают приспособленность автомобиля к диагностическим работам, обеспечивающим в заданных условиях необходимую достоверность при минимальных затратах труда, времени и средств.

Контролепригодность является составной частью эксплуатационной технологич-

ности автомобилей и оценивается трудоемкостью диагностических работ.

Трудоемкость диагностирования автомобиля складывается из трудоемкости подготовительных работ, т.е. дополнительной трудоемкости Тд, и трудоемкости собственно диагностирования, т.е. основной трудоемкости То, включающей в себя измерение диагностических параметров и постановку диагноза. Трудоемкость диагностирования Тд главным образом зависит от совершенства конструкции автомобиля, а основная трудоемкость То — от совершенства методов и средств диагностирования.

Коэффициент контролепригодности локально характеризует приспособленность конструкции автомобиля (его элементов и систем) к диагностированию. Коэффициент контролепригодности kкп определяется по формуле

kкп Tо То Тд .

Контролепригодность имеет и следующие дополнительные оценочныепоказатели: 1. доступность диагностирования X1;

18

2.легкость подключения приборов X2;

3.возможность диагностирования без разрыва цепей X3;

4.удобство работ X4;

5.обеспеченность контроля встроенными датчиками X5;

6.безошибочность подключения X6;

7.унификацию контрольных точек X7;

8.число контрольных точек X8;

9.централизацию контроля X9;

10.санитарно-гигиенические показатели X10;

11.компоновкуавтомобиля X11.

ОБЩИЙ ПРОЦЕСС ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Процесс диагностирования автомобиля, его агрегатов и систем в целом включает в себя тестовое воздействие на объект (подводе входных параметров); измерение диагностических параметров (выходных параметров); обработку полученной информации и сравнение ее с заданными нормативами; постановкудиагноза (рис.15).

Рис.15.

Входной параметр — качественная мера воздействия на систему извне. В качестве входных параметров могут рассматриваться расход и свойства топлива, нагрузка, режим ее приложения, климатические, атмосферные, дорожные и другие условия.

Выходной параметр — качественная мера внешнего проявления (реакции) свойств системы. Выходными параметрами двигателя внутреннего сгорания являются мощность и крутящий момент при определенных частотах вращения коленчатого вала, тепловыделение, газовыделение, шумообразование, радиопомехи; для системы зажигания — искрообразование; для тормозной системы — время срабатывания привода, тормозное усилие и тепловыделение.

Тестовое воздействие на объект диагностирования осуществляется:

•в процессе работы самого автомобиля (двигателя) на заданных нагрузочных, скоростных, тепловых режимах;

•при использовании соответствующих приводных устройств (стендов с беговыми барабанами и нагрузочными устройствами; податных и переносных приспособлений).

Общий процесс технического диагностирования включает в себя:

1.обеспечение функционирования объекта на заданных режимах или тестовое воздействие на объект;

2.улавливание и преобразование с помощью датчиков сигналов, выражающих значения диагностических параметров

3.измерение значений диагностических параметров;

4.постановку диагноза на основании логической обработки полученной информации путем сопоставления с нормативами.

Схема процесса диагностирования представлена на рис. 16.

Тестовые воздействия должны обеспечивать получение максимальной информации о техническом состоянии автомобиля при оптимальных трудовых и материальных затратах.

19

Входные	Выходные
параметры	параметры	Средство технического диагностирования

	S			S1				S
								i

ДИАГНОЗ

Рис.16. Схема процесса диагностирования

Диагностические параметры измеряют при помощи датчиков. Типы и разновидности датчиков соответствуют физической сущности диагностических параметров.

Различают легкосъемные и встроенные датчики. Первые устанавливаются на объект на время диагностирования (магнитные, навесные, на зажимах и т. п.), а вторые являются элементами конструкции автомобиля. Встроенные датчики могут быть подключены к контрольным приборам для постоянного наблюдения или к централизованным штепсельным разъемам.

От датчика сигнал в трансформированном виде S1 поступает в измерительное устройство, затем количественное значение диагностического параметра Si, выдается устройством отображения данных (стрелочный прибор, цифровая индикация, графопостроитель и т. п.).

Постановка диагноза заключается в сравнении полученного одного или нескольких прошедших обработку диагностических параметров с заданными нормативами.

Отклонение диагностических параметров от нормы означает потребность в техническом воздействии установленного объема, а отсутствие такого отклонения — возможность эксплуатации автомобиля до очередного контроля.

Вавтоматизированных средствах технического диагностирования при помощи специального логического устройства, функционирующего на базе микропроцессора, выполняется автоматическая постановка диагноза и выдаются рекомендации в нормативной форме о возможности дальнейшей эксплуатации или необходимости проведения ремонт- но-регулировочных операций и замен неисправных элементов.

Внеавтоматизированных СТД процесс постановки диагноза осуществляется опера-

тором.

Взависимости от задачи диагностирования и сложности объекта диагноз может различаться по глубине. Для оценки работоспособности агрегата, системы, автомобиля в целом используются выходные параметры, на основании которых ставится общий диагноз типа «да», «нет» («годен», «не годен»).

Для определения потребности в ремонтно-регулировочной операции требуется более глубокий диагноз, основанный на локализации конкретной неисправности. Постановка диагноза в случае, когда приходится пользоваться одним диагностическим параметром, не вызывает особых методических трудностей. Она практически сводится к сравнению измеренной величины диагностического параметра с нормативом.

20

Постановка диагноза, когда производится поиск неисправности у сложного механизма, системы и используется несколько диагностических параметров, существенно сложнее. Для решения задачи постановки диагноза в этом случае необходимо на основе данных о надежности объекта выявить связи между его наиболее вероятными неисправностями и используемыми диагностическими параметрами. Для этой цели в практике диагностирования автомобилей наиболее часто применяют диагностические матрицы.

ПОСТАНОВКА ДИАГНОЗА ПО КОМПЛЕКСУ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ (ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ МАТРИЦА)

Из практики и опыта технической диагностики диагноз, как правило, ставится не по одному, а по нескольким признакам.

При изменении технического состояния автомобиля различные неисправности могут частично сопровождаться одинаковыми диагностическими параметрами.

Например,

Не герметичность клапана поплавковой камеры карбюратора – диагноз (D1 ) сопро-

вождается:

1 – повышенным расходом топлива -S1;

2 – перегревом двигателя - S2 ;

3 – большим содержанием СО в выхлопных газах - S3 ; 4 – загрязнением карбюратора - S4 .

Износ топливных жиклеров – диагноз (D2 ) сопровождается: 1 – повышенным расходом топлива - S1;

2 – перегревом двигателя - S2 ;

3 – большим содержанием СО в выхлопных газах - S3 .

Неправильная регулировка холостого хода – диагноз (D3 ) сопровождается: 1 – указанными ранее признаками S1,S3 ;

2 – неустойчивой работой двигателя на холостом ходу- S5 .

Описание диагнозов в диагностическую матрицу, в которой – наличие признака обозначается – «1», а отсутствие – «0».

Представим диагностическую матрицу для данного примера в виде табл.3: Таблица 3

Диагностическая матрица

Диагнозы	Диагностические параметры
	S1	S2	S3	S4	S5
D1	1	1	1	1	0
D2	1	1	1	0	0
D3	1	0	1	0	1

На основании подобных матриц создавались первые электрические приборы для автоматической постановки диагнозов:

Приборы состояли из набора тумблеров (включателей) и сигнальных лампочек (по числу диагнозов).

При соответствующем строке диагноза сочетании включенных и выключенных тумблеров в приборе зажигается лампочка данного диагноза.

В настоящее время такие приборы, такие приборы не применяются, а сохраняется лишь их принцип, что объясняется следующим.