Диагностические параметры и нормативы
Чтобы определить, в каком состоянии находится автомобиль или его элемент, необходимо знать параметры его технического состояния, заданные нормативно-технической документацией предприятия-изготовителя.
Параметры технического состояния (структурными параметрами) — это физические величины (выраженные в миллиметрах, градусах и т.п.), определяющие связь и взаимодействие элементов автомобиля и его функционирование в целом. Например, параметрами технического состояния сопряжения поршень—цилиндр двигателя могут быть размеры сопряженных деталей поршней и цилиндров, которые определяют зазор между ними, овальность и т.п. В процессе эксплуатации параметры технического состояния изменяются от номинального до предельного значения под влиянием различных конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов. Предельные значения структурных параметров обусловлены вероятностью отказов и неисправностей автомобиля и являются в основном значениями технико-экономического характера.
Возможность непосредственного измерения в процессе эксплуатации структурных параметров (износов, зазоров) сопряжений механизмов автомобиля без их разборки весьма ограничена. Поэтому при диагностировании пользуются косвенными признаками, отражающими техническое состояние автомобиля. Эти признаки называются диагностическими параметрами и представляют собой пригодные для измерения физические величины, связанные с параметрами технического состояния автомобиля и несущие информацию о его состоянии.
Диагностический параметр — это мера проявления технического состояния автомобиля и его элементов по косвенным признакам, определяемая количественными значениями.
Диагностическими параметрами могут быть параметры рабочих процессов (мощность, тормозной путь, расход топлива и др.), сопутствующих процессов (вибрация, шум и т.п.) и геометрические величины (зазор, люфт, свободный ход, биение и др.).
Для обеспечения надлежащей достоверности и экономичности диагностирования диагностические параметры должны обладать чувствительностью, однозначностью, стабильностью, информативностью.
Чувствительность диагностического параметра — это отношение его приращения к соответствующему изменению структурного параметра.
Чем больше значение этой величины, тем чувствительнее диагностический параметр к изменению структурного параметра.
Однозначность диагностического параметра определяется монотонно возвращающей или убывающей зависимостью его от структурного параметра в диапазоне от начального до предельного изменения структурного параметра.
Стабильность диагностического параметра определяется дисперсией его значения при многократных измерениях в неизменных условиях при одном и том же значении структурного параметра. Нестабильность диагностического параметра снижает достоверность оценки технического состояния механизма, что в некоторых случаях заставляет отказаться от удобных методов диагностирования. Так, например, именно это является одной из основных причин, по которой площадочные тормозные стенды, несмотря на некоторые их преимущества, не нашли широкого применения на практике. Для определения истинного состояния тормозной системы на таких стендах необходимо проводить целую серию измерений, что представляет определенную трудность.
Информативность диагностического параметра является главным критерием, положенным в основу определения возможности применения параметра для целей диагностирования. Она характеризует достоверность диагноза, получаемого в результате измерения значений параметра.
Рис. Сравнительная схема информативности диагностических параметров: а — информативного (П); б — малоинформативного (П’); в — неинформативного (П»); f1, f2 — функции распределения параметров соответственно исправных и неисправных объектов
Диагностические параметры механизма, как и структурные, являются переменными случайными величинами и имеют соответствующие номинальные и предельные значения. С увеличением пробега автомобиля диагностические параметры могут либо увеличиваться (вибрации и др.), либо уменьшаться (давление масла и т.д.). Существующая связь между диагностическими и структурными параметрами позволяет без разборки автомобиля и его элементов количественно оценить их техническое состояние.
Диагностические нормативы — это количественная оценка технического состояния диагностируемой системы. К ним относятся:
Определение технического состояния системы в данный момент и прогнозирование ее работоспособности в период предстоящей наработки выполняются путем сравнения измеренного значения диагностического параметра с его допустимым значением.
Диагностические параметры и нормативы автомобиля
ГОСТ 30848-2003
(ИСО 13380:2002)
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ МАШИН ПО РАБОЧИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
Diagnostics of machines on using performance parameters.
General guidelines
Дата введения 2006-01-01
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92* «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 132 «Техническая диагностика»
2 ВНЕСЕН Госстандартом России
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 24 от 5 декабря 2003 года)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему публикуется в указателе «Национальные стандарты».
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает общие организационно-технические положения в области рабочего технического диагностирования машин, определяющие условия и процедуры получения и регистрации данных измерений рабочих (диагностических) параметров, относящихся к эксплуатационным качествам (характеристикам), техническому состоянию и безопасности машин.
Настоящий стандарт распространяется на изделия (машины) и их составные части, являющиеся объектами рабочего технического диагностирования.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения
ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и определения
ГОСТ 26656-85 Техническая диагностика. Контролепригодность. Общие требования
ГОСТ 27518-87 Диагностирование изделий. Общие требования
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 20911, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 анализ технического состояния: Выявление сущности, закономерностей, тенденций, причин процессов деградации машины на основании мониторинга технического состояния в целях прогнозирования, планирования, коррекции, управления и принятия решений.
— установление целей анализа;
— постановка задачи и определение стратегии анализа;
— конструирование конфигурации (пространственного расположения, компоновки) аппаратуры и определение рабочих условий;
— алгоритмы поиска и анализа;
3.2 база данных неисправностей (библиотека диагностических признаков неисправностей): Совокупность признаков, характеризующих наступление неисправностей определенных узлов или машины в целом.
3.3 базовая линия (дескриптор, критерий нормального функционирования): Ряд базовых значений диагностических параметров, полученных для конкретной конфигурации (пространственного расположения, компоновки) оборудования в заданных (номинальных) условиях работы.
3.4 (газовая) турбина: Компонент газотурбинного двигателя, преобразующий потенциальную энергию нагретого рабочего тела (газа) под давлением в механическую работу.
3.5 газогенератор: Комплекс компонентов газотурбинного двигателя, которые производят горячий газ под давлением для совершения какого-либо процесса или для привода силовой турбины.
3.6 газотурбинная установка; ГТУ: Газотурбинный двигатель и все основное оборудование, необходимое для генерирования энергии в полезной форме.
3.7 газотурбинный двигатель; ГТД: Машина, предназначенная для преобразования тепловой энергии в механическую.
3.8 диагностический признак неисправности: Признак, характеризующий ухудшение технического состояния машины или возникновение аномального режима работы.
3.9 компрессор: Машина или ее часть, которая увеличивает давление газообразной рабочей среды.
3.10 машина: Устройство, использующее механическую энергию или преобразующее энергию других видов в механическую.
2 Директива 98/37/ЕС [1] определяет термин «машины и механизмы» как:
— узел из взаимосвязанных деталей или компонентов, по крайней мере одна или один из которых движется, с соответствующими силовыми приводами, контрольными и силовыми цепями и т.д., объединенных для определенного применения (в частности, для обработки, переработки, перемещения или упаковки материала);
— совокупность машин, которые для достижения цели скомпонованы и управляемы так, что они функционируют как единое целое;
— взаимозаменяемое оборудование, модифицирующее функционирование машины и поставляемое на рынок для включения в машину или ряд машин (это оборудование не является запасной частью или инструментом).
3.11 мониторинг технического состояния: Выявление и сбор информации (знаний) и данных наблюдений, характеризующих техническое состояние машины.
1 Информация и данные наблюдений могут быть использованы при определении тенденций изменения технического состояния и для обеспечения поддержания рабочего процесса. Системы наблюдения должны иметь датчики для измерений рабочих (диагностических) параметров (температуры, давления, расхода масла и пр.). Информация должна быть сохранена в компьютере или регистраторе данных. Автоматизированные системы наблюдения могут выполнять преобразования данных (вычисление средних значений, сравнение значений, построение графиков и пр.) и подавать сигналы тревоги при выходе параметров за допустимые пределы.
3.12 насос (помпа): Компонент машины, который повышает давление рабочей жидкости для ее дальнейшей транспортировки.
3.13 неисправность (неисправное состояние): Состояние машины, возникающее в случае, когда вследствие деградации любой ее детали или узла устанавливается аномальный режим работы, что может привести к отказу машины.
3.14 отказ: Событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния машины, которое наступает, когда машина утрачивает одну или несколько своих основных функций.
3.15 оценивание (оценка): Операция определения числовых значений и точности диагностических параметров на основании данных измерений.
3.16 паровая турбина: Машина, которая преобразует тепловую энергию в механическую работу.
3.17 поршневой двигатель внутреннего сгорания; ДВС: Машина (механизм), преобразующая химическую энергию в механическую энергию вращения.
3.18 тренд: Систематическое (монотонное) изменение значения диагностического параметра в процессе мониторинга технического состояния,
3.19 электрический генератор: Машина, которая преобразует механическую энергию вращения в электрическую энергию.
Диагностические параметры и нормативы автомобиля
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ, ТРАКТОРОВ,
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН
Technical diagnostics. Diagnosis of motor vehicles, tractors,
agricultural, construction and road machinery. Basic principles.
Дата введения 1983-01-01
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 16 декабря 1981 г. N 5440 дата введения установлена 01.01.1983 г.*
* Внедрение стандарта должно осуществляться в соответствии с планом мероприятий согласно приложению 1.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Техническое диагностирование проводится:
при вводе машин в эксплуатацию;
при техническом обслуживании (ТО);
при текущем (капитальном) ремонте машины.
1.2. Устанавливают следующие задачи диагностирования:
проверка исправности и работоспособности машины в целом и (или) ее составных частей с установленной вероятностью правильности диагностирования;
поиск дефектов, нарушивших исправность и (или) работоспособность машины;
сбор исходных данных для прогнозирования остаточного ресурса или вероятности безотказности работы машины в межконтрольный период.
2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ НА СТАДИИ РАЗРАБОТКИ
2.1. Порядок разработки системы диагностирования, требования, предъявляемые к машине и средствам диагностирования, значения параметров диагностирования устанавливают на стадии разработки технического задания на машину в соответствии с ГОСТ 27518-87 и заносят в «Техническое задание» в подраздел «Условия эксплуатации (использования), требования к эксплуатации и ремонту» или в «Дополнительные требования» по ГОСТ 15.001-88*.
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 15.201-2000.
2.2. Для каждой машины на стадии разработки устанавливают:
вид, периодичность и объем диагностирования в зависимости от условий и специфики эксплуатации;
правила и последовательность диагностирования;
номенклатуру диагностических параметров и качественных признаков, характеризующих техническое состояние машины и обеспечивающих поиск возможных дефектов;
номинальные, допускаемые, предельные значения структурных диагностических параметров и зависимости значений параметров от наработки машины;
требования к точности измерения параметров;
номенклатуру средств диагностирования и режимы работы машины и ее составных частей при проведении диагностирования;
требования к контролепригодности машины по ГОСТ 26656-85 и ГОСТ 24925-81;
требования по технике безопасности труда при диагностировании.
3. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ МАШИН НА ПРЕДПРИЯТИЯХ,
ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИХ ЭКСПЛУАТАЦИЮ И РЕМОНТ
3.1. Предприятие (организация), осуществляющее эксплуатацию машины, организует и проводит диагностирование машины перед вводом в эксплуатацию, в процессе эксплуатации в соответствии с требованиями, указанными в документах, перечисленных в п.2.3.
3.2. Результаты каждого диагностирования машины заносят в диагностическую и накопительную карты.
3.3. По результатам диагностирования принимают решение о возможности дальнейшей эксплуатации машины с назначенным ресурсом после проведения ТО или о необходимости проведения текущего (капитального) ремонта.
3.4. Объем работ, подлежащих выполнению при ТО и текущем (капитальном) ремонте машины, устанавливают на основе диагностирования.
3.5. Ремонтное предприятие организует и проводит диагностирование машин: поступивших в ремонт с целью определения объемов работ при капитальном ремонте; прошедших капитальный ремонт с целью получения исходных данных для оценки качества ремонта и установления послеремонтного ресурса.
4. ДОКУМЕНТЫ НА ДИАГНОСТИРОВАНИЕ
4.2. Министерство (ведомство), осуществляющее эксплуатацию и ремонт машин в соответствии с требованиями документа, указанного в п.4.1, организует разработку:
раздела карты типового технологического процесса (КТТП) по организации и проведению диагностирования при выполнении работ по ТО, ТР и капитальному ремонту;
комплекта учетно-отчетных документов по диагностированию, накоплению и обработке информации об эффективности проведения работ по диагностированию.
4.3. Предприятие (организация), осуществляющее эксплуатацию и (или) ремонт машин в соответствии с требованиями документов, указанных в п.4.1 или в разделе карты по организации и проведению диагностирования КТТП, разрабатывает раздел карты технологического процесса (КТП) по организации и проведению диагностирования при выполнении работ по ТО, ТР или капитальному ремонту.
4.4. Диагностическая карта (см. приложение 2) служит для регистрации результатов диагностирования во всех случаях проведения диагностирования и принятия решения о необходимых работах при ТО и ремонте машины.
Диагностическая карта является исходным документом при выполнении накопительной карты во всех случаях проведения диагностирования.
4.5. Накопительная карта предназначена для накопления информации об изменениях диагностических параметров в процессе эксплуатации машины, сбору исходных данных для прогнозирования остаточного ресурса и вероятности безотказной работы в пределах межконтрольного периода.
4.6. Накопительная карта (см. приложение 3) ведется на каждую машину в течение всего срока ее эксплуатации. При передаче машины в другую организацию накопительную карту передают вместе с машиной.
4.7. По требованию предприятия (организации)-разработчика предприятия, эксплуатирующие машины, обязаны передать ей дубликаты накопительных карт.
Данные накопительной карты могут быть использованы для статистического анализа надежности машины в целом и ее составных частей.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Обязательное
ПЛАН
ОСНОВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ВНЕДРЕНИЮ ГОСТ 25044-81
Организация, ответственная за выполнение
Составление заявок для обеспечения отраслей необходимым числом экземпляров стандарта
Министерства отраслей народного хозяйства
В течение двух месяцев с момента утверждения стандарта
Представление заявок Государственному комитету СССР по стандартам для централизованного обеспечения
В течение двух месяцев с момента утверждения стандарта
Составление и согласование с Госстандартом плана внедрения стандарта
В течение двух месяцев с момента регистрации стандарта
Обеспечение предприятий отрасли необходимыми средствами диагностирования
По плану министерств
Обеспечение предприятий отрасли необходимой документацией, предусмотренной стандартом
Внедрение стандарта в отрасли народного хозяйства
По плану министерств, согласованному с Госстандартом
Разработка форм диагностической и накопительной карт с учетом обработки их данных на ЭВМ:
для автомобилей и монтируемых на их базе машин;
для тракторов и монтируемых на их базе машин;
для строительных и дорожных машин
Госкомсельхозтехника СССР, строительные и монтажные министерства (при необходимости)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое
Оборотная сторона диагностической карты
Наименование диагностического параметра
Напряжение аккумуляторной батареи при прокрутке стартером, В
Вторичное электрическое напряжение, кВ
Давление топлива после насоса, кПа
Минимально устойчивая частота вращения коленчатого вала, с
Содержание окиси углерода в отработавших газах, %:
при большой частоте вращения
на второй передаче
на прямой передаче
Удельный расход топлива, кг/с:
при скорости 100 км/ч
Биение карданного вала, мм
Мощность на прокручивание ведущих колес, кВт (л.с.) (или выбег 50-30 км/ч), м
Мощность на ведущих колесах автомобиля, кВт (л.с.)
Радиальный люфт в шкворневых соединениях, мм:
Oceвoй люфт в шкворневых соединениях, мм:
Диагностические параметры и нормативы автомобиля
3.5. Нормирование и нормативы диагностических параметров
К нормативным значениям диагностических параметров относят номинальное Пн, предельное Ппр и допускаемое Пд значения, которые условно показаны на рис. 3.19 на примере монотонно возрастающей и убывающей функции в зависимости от пробега автомобиля. Эти значения устанавливают заводы-изготовители; их вносят в нормативно-техническую документацию на техническое обслуживание и ремонт автомобиля.
Рис. 3.19. Изменение диагностического параметра, описываемого монотонно возрастающей (а) и убывающей (б) функций в зависимости от пробега t
Номинальное значение параметра соответствует новым, технически исправным автомобилям и их отдельным агрегатам.
Предельное значение параметра соответствует такому состоянию объекта диагностирования, когда его дальнейшая эксплуатация становится технически невозможной или экономически невыгодной.
Допускаемое значение параметра представляет собой ужесточенное предельное значение, до достижения которого обеспечивается заданный уровень вероятности отказа на предстоящем межконтрольном интервале пробега. В системе технического обслуживания допускаемое значение параметра является основным управляющим показателем, а в системе эксплуатации автомобильного транспорта оценка технического состояния по допускаемому значению диагностических параметров практически не применяется.
В первом приближении нормирование номинального значения диагностического (в ряде случаев и структурного) параметра заключается в γ-процентной выбраковке его худших значений. При этом очень важно правильно выбрать значение γ. Его выбирают исходя из результатов анализа, проводимого на соответствие структурных параметров требованиям ТУ и нормативно-технической и конструкторской документации на диагностируемый объект, а также с учетом значимости параметра (влияния его на технические и экономические показатели автомобиля в целом). Диапазон изменения γ может находиться в широком интервале: от сотых долей процента до 10-15 %, причем для параметров, связанных с безопасностью движения автомобиля, он достигает больших значений.
Более точным является метод нормирования номинального значения с учетом погрешности измерения применяемых СТД.
Рис. 3.20. Определение предельного значения параметра по кривой распределения отказов
При отсутствии исходных экономических данных предельные значения диагностических параметров определяют по методике, основанной на статистическом анализе распределения диагностических параметров группы в 25-30 автомобилей, находящихся в характерных условиях эксплуатации. При этом анализируют значения диагностических параметров представительной выборки исправных автомобилей на всем возможном (по критерию технического состояния) интервале пробега автомобилей. В этом случае значения диагностических параметров, соответствующие исправному состоянию объекта, будут иметь распределение вблизи номинального значения, а параметры, соответствующие неисправному состоянию, будут выходить (в основной массе) за пределы выборки измерений. Чем больше отклонение измеренного значения от номинального, тем больше вероятность, что объект попадет в неисправное состояние. Как правило, распределение параметров исправного технического состояния теоретически аппроксимируется нормальным распределением (распределением Гаусса).
Рис. 3.21. Определение предельного значения по теоретическому закону распределения диагностического параметра
Пример. Определить предельное значение параметра «Давление в конце такта сжатия» автомобиля УАЗ-452А. Статистические данные измерения оцениваемого параметра приведены в табл. 3.9.
Таблица 3.9. Результаты измерений параметра «Давление в конце такта сжатия» автомобиля УАЗ-452А
Исходя из данных таблицы выдвигают предположение о нормальном распределении результатов измерений, Для проверки его вычисляют среднее значение выборки
и среднеквадратичное отклонение
Таблица 3.10. Результаты обработки статистических данных по измерению параметра «Давление в конце такта сжатия»
Для вычисления χ 2 составляют табл. 3.10. В колонке 4 таблицы вычислены отношения разности между значениями середины i-гo интервала и средним значением выборки (Рср=8,7 кгс/см 2 ) к среднеквадратичному отклонению. В колонке 5 определены значения функции f(t). которые имеются в соответствующих математических таблицах:
Таблица 3.11. Предельные значения основных диагностических параметров легковых автомобилей
( Примечания: 1. Знаком «*» помечено, что в числителе приведены тормозные усилия при частичной загрузке автомобиля, а в знаменателе — при полной загрузке. 2. Знаком «**» помечено, что фары типов Р и CP должны быть отрегулированы так, чтобы плоскость, содержащая левую часть светотеневой границы пучка ближнего света была наклонена к плоскости дорожного полотна на угол 0°53′)
Так как параметр «Давление в конце такта сжатия» не связан с безопасностью дорожного движения и имеет одностороннее ограничение, предельное значение параметра вычисляют по формуле Рпр=Рср-1,65σ=8,7-1,65•0,54=7,8 кгс/см 2 (или 0,78 МПа).
Таблица 3.12. Предельные значения основных параметров диагностирования некоторых грузовых автомобилей
В табл. 3.11, 3.12 приведены предельные значения основных диагностических параметров ряда отечественных легковых и грузовых автомобилей. В основу нормативов положены требования ГОСТ 25478-82, 17.2.2.03-87, РД 37.009.010-85 и других действующих нормативно-технических документов.