Введение

Техническая диагностика как дисциплина сложилась сравнительно недавно. В истории ее становления можно выделить три этапа:

Первый – относится ко времени создания первых машин, когда обслуживающий их персонал, ориентируясь только на свои ощущения, прежде всего слуховые и зрительные, стал обнаруживать дефекты и отклонения в работе машин. Точность диагноза определялась исключительно опытом обслуживающего персонала.

Второй – начался с момента появления первых измерительных приборов, характеристики которых стали превышать возможности осязательных органов человека. Стоимость этих приборов первоначально была достаточно высокой, поэтому широкого внедрения они не получили. Наиболее глубокие исследования в тот период проводились по заказам военной промышленности. Пик этих исследований в России приходится на 70–80-е годы прошлого столетия. На этом этапе сформировались две составляющие диагностического обслуживания машин: измерения параметров машин и интерпретация их экспертом.

Третий, начавшийся в 90-е годы, – характеризуется широким распространением микропроцессорной техники и как следствие этого снижением стоимости и повышением возможностей измерительного оборудования. Именно на этом этапе появилась реальная возможность отказаться от услуг эксперта, заменив его компьютерными программами.

Анализируя историю развития диагностики, можно отметить тенденции для каждого этапа:

• на первом этапе человек (оператор) совмещал в себе функции как измерителя, так и эксперта;

• на втором этапе наметилось разграничение: функции измерения стали выполнять с применением технических средств, а их трактовку выполняли люди (эксперты) с различной степенью подготовки;

• третьему этапу свойственно повышение степени автоматизации диагностических работ, когда не только измерения, но и их трактовка поручены техническим средствам. Конечно, такие системы сегодня строятся так, чтобы человек (эксперт) в любое время мог взять управление системой на себя. Важнейшей частью подготовки такого эксперта является освоение физических основ диагностики и ее математического аппарата. Именно решению этой проблемы и посвящено настоящее пособие.

Техническая диагностика как направление науки и техники находится на стыке многих областей знаний. Для грамотной эксплуатации систем диагностики необходимо иметь знания и практические навыки в следующих областях:

• теории машин и механизмов: для возможности описания работы объекта и выбора основных диагностических признаков при его работе;

• теории и технике измерений и анализа сигналов: чтобы оптимизировать качество диагностических измерений;

• методах автоматизации процессов: для автоматизации измерений, анализа и составления отчетной документации;

• компьютерной технике и операционных системах: для эффективной эксплуатации современных технических средств диагностики.

1. Задачи и термины диагностики

Диагностирование - процесс установления диагноза с определенной точностью с указанием места, вида и причины дефекта.

Метод диагностирования - статистический или инструментальный, основанный на физических, механических, химических и других явлениях, положенных в основу информации о состоянии объекта.

Средства диагностирования - измерительные приборы, пульты, стенды и другие механические устройства.

Технология диагностирования - последовательность и способы применения методов и средств диагностирования.

Система технического диагностирования - совокупность объектов, методов и средств, а также исполнителей, позволяющая осуществить диагностирование по правилам, установленным соответствующей документацией. Она должна быть обязательной составной частью системы планово-предупредительного ремонта подвижного состава железных дорог.

Системы технического диагностирования тепловозов предназначаются для решения следующих задач:

• проверки исправности;

• проверки работоспособности;

• проверки правильного функционирования;

• поиска дефектов;

• прогнозирование состояние объекта.

Устанавливаются следующие области применения систем диагностирования тепловозов:

• при испытании и наладке тепловозов в процессе производства;

• при техническом обслуживании в процессе эксплуатации;

• при ремонте тепловозов.

Выбор вида системы диагностирования должен осуществляться на основания технико-экономических расчетов и технических требований, отражающих специфику процесса диагностирования тепловозов в процессе производства, эксплуатации и ремонта.

В основу организации ремонта локомотивов положен принцип планово-предупредительного выполнения работ. Совершенствование системы ремонта предполагает научное обоснование объемов, периодичности, пробегов между ремонтами, закономерностей развития постепенных и внезапных отказов оборудования. Накопление знаний о причинах отказов, методах объективного контроля за состоянием деталей и сборочных единиц, гарантирующего их безотказную работу на определенный срок службы, неизбежно приведет к качественному изменению системы ремонта, целесообразному сочетанию принципов планово-предупредительного ремонта, определяющего плановые начала организации ремонта, с ремонтом по фактическому состоянию. Внедрение методов ремонта по фактическому состоянию связано с усовершенствованием методики и созданием средств технической диагностики.

Практикой определены следующие виды технической диагностики локомотивов:

• по назначению - техническая диагностика может быть специализированной и совмещенной с плановыми обслуживаниями и ремонтами (имеется в виду проведение отдельных обследований и комплексная оценка состояния при плановых ремонтах);

• по технологическому оборудованию - диагноз проводится специализированными устройствами или основными приборами;

• по режиму проведения - плановая диагностика и по потребности;

• по месту в системе технического обслуживания - на поточной линии комплексной технической диагностики при определении состояния или заключительная проверка после выполненного ремонта;

• по типу применяемых средств диагностирования - на стационарных пунктах, с помощью бортовых систем, с помощью переносных средств.

Для получения информации о состоянии той или иной части элементов или протекающих процессах может изучаться любая часть этих элементов. Тепловоз имеет несколько параметров, характеризующих качество его функционирования. Такими параметрами в первую очередь являются мощность при установленной частоте вращения коленчатого вала и экономичность. Поэтому диагностирование следует начинать с контроля именно этих функциональных параметров. В случае отклонения функционального параметра от нормальных значений необходимо проконтролировать функциональные параметры его подсистем и оценить их техническое состояние.

Техническое состояние - совокупность подверженных изменению в процессе производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный момент времени признаками, установленными технической документацией на этот объект. В зависимости от фактических значений признаков видами технического состояния являются: исправность, работоспособность, неисправность, неработоспособность, правильное функционирование, неправильное функционирование.

В общем виде можно так сформулировать понятия исправности и работоспособности.

Исправность - характеризует такое техническое состояние объекта, при котором значения его основных и второстепенных структурных параметров, а также параметров сопутствующих выходных процессов находятся в допустимых пределах.

Работоспособность - характеризует такое техническое состояние объекта, при котором значения его основных структурных параметров обеспечивают выполнение рабочих функций в полном соответствии с совокупностью требований.

Из этих определений следует, что неработоспособность характеризуется выходом значений основных структурных параметров за пределы, не обеспечивающие выполнение объектом его рабочих функция в соответствии с установленными требованиями, а неисправность характеризуется недопустимыми значениями второстепенных структурных параметров или существенным изменением основных структурных параметров, но без достижения ими предельных значений.

Учитывая вышесказанное, объект (тепловоз, его сборочные единицы и детали) может находится в одном из трех основных состояний:

• исправен и работоспособен;

• неисправен, но работоспособен;

• неисправен и неработоспособен.

Отказ - основное понятие теории надежности - событие, заключающееся в том, что структурные параметры объекта выходят за предельные, заранее установленные значения, при которых дальнейшая его эксплуатация невозможна или неэффективна.

Диагностический сигнал – контролируемая характеристика объекта, используемая для выявления диагностических признаков. По диагностическому сигналу может классифицироваться вид мониторинга и диагностики. Так, например, различают вибрационную, акустическую, тепловую, газодинамическую и т. п. диагностику.

Диагностический признак – свойство объекта, качественно отражающее его состояние, в том числе и появление каких-либо отклонений и дефектов.

Диагностический параметр – количественная характеристика измеряемого диагностического сигнала, входящая в совокупность показателей состояния объекта.

Диагностическая система – совокупность аппаратных и программных средств для измерения, обработки и интерпретации диагностического сигнала. В простейших случаях диагностическая система может состоять из измерительного инструмента и набора правил, которыми надлежит пользоваться оператору при проведении диагностических работ. В других случаях, диагностическую систему может составлять несколько компьютеров (микрокомпьютеров), работающих под управлением специально разработанных программ.

Диагностический эксперимент – испытание объекта диагностики, спланированное и выполненное с целью получения диагностической информации (определения диагностических параметров). В зависимости от применяемых методов диагностики эксперимент может протекать как по специально разработанной программе, так и в условиях рядовой эксплуатации объекта диагностики.