Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследований 15
1.1. Анализ научных исследований, посвященных вопросам повышения эффективности работы машин 15
1.2. Основные положения технической диагностики машин... 20
1.3. Анализ научных исследований, посвященных вопросам диагностирования в области технического обслуживания и ремонта машин 27
1.4. Анализ развития средств диагностирования 39
1.5. Организация системы ТО и ремонта машин 44
1.6. Задачи исследований 47
2. Разработка вероятностных моделей выбора индивидуальной стратегии эффективной эксплуатации машин с учетом их тех нического состояния 50
2.1. Теоретические основы выбора стратегий профилактики 50
2.2. Определение надежности агрегатов и машины в целом 54
2.3. Обоснование критерия и разработка вероятностной модели индивидуальной стратегии эффективной эксплуатации машин
по результатам их текущего технического состояния 64
2.4. Влияние характера изменения контролируемых параметров на выбор квантовых точек 67
Выводы 78
3. Теоретическое обоснование и выбор параметров технического состояния машин и диагностических средств 80
3.1. Вероятностно-статистические показатели оценки работы ма шины для целей диагностирования 80
3.2. Оценка информационной значимости контролируемых параметров ... 93
3.3. Определение допусков контролируемых параметров 95
3.4. Обоснование выбора диагностических средств 101
Выводы 104
4. Теоретические исследования по обоснованию связи диагностических параметров с параметрами технического состояния агрегатов тракторов 105
4.1. Диагностирование общего технического состояния агрегатов тракторов 105
4.1.1. Математические модели связи диагностических параметров с параметрами общего технического состояния дизельных двигателей 105
4.1.2. Связь диагностических и структурных параметров редуктор-ной части коробок передач тракторов 109
4.2. Поэлементное диагностирование сопряжений и узлов агрегатов тракторов 121
4.2.1. Математические модели связи амплитуды вибрационного сигнала с техническим состоянием подшипников качения коробок передач 121
4.2.2. Математические модели связи диагностических параметров с параметрами технического состояния фрикционных муфт сцепления 125
4.2.3. Обоснование метода выделения и преобразования вибросигнала 134
4.2.4. Математические модели связи амплитуд вибрационных сигналов с техническим состоянием форсунок дизеля 139
4.3. Математические модели связи диагностических и структурных параметров для определения качества сборки тракторов... 149
4.4. Комплекс математических моделей связи диагностических и структурных параметров технического состояния агрегатов,
узлов и сопряжений тракторов 154
Выводы 154
5. Методика экспериментальных исследований по определению связи диагностических параметров с параметрами техническо го состояния агрегатов и механизмов тракторов 157
5.1. Цель и программа экспериментальных исследований 157
5.2. Оборудование и аппаратура для исследований 158
5.2.1. Выбор измерительного преобразователя вибраций 158
5.2.2. Преобразователи давления и частоты вращения 161
5.2.3. Аппаратура для измерения и регистрации исследуемых процессов 162
5.2.4. Экспериментальные установки 169
5.3. Методика проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях 173
5.3.1. Методика экспериментальных исследований по определениюзон установки вибропреобразователей 173
5.3.2. Методика исследований влияния параметров технического состояния редукторной части КП на виброакустический сигнал, формируемый коробкой передач: 173
5.3.3. Методика по определению зависимостей переходных процессов, возникающих при включении и выключении фрикционов
от их технического состояния 179
5.3.4. Методика определения зависимостей между параметрами вибрации и техническим состоянием дизелей 181
5.4. Методика экспериментальных исследований в условиях АО «Кировский завод» 185
5.4.1. Методика определения начальных уровней виброакустических параметров 185
5.4.2. Методика оценки фактического технического состояния вы-пускаемых агрегатов машин 186
5.5. Методика эксплуатационных исследований в условиях ремонтных предприятий 188
5.6. Обработка экспериментальных данных. Оценка погрешности диагностирования 191
6. Результаты экспериментальных исследований 198
6.1. Результаты исследований надежности работы агрегатов и механизмов тракторов 198
6.2. Результаты лабораторных исследований 199
6.2.1. Результаты исследований по определению зон установки вибропреобразователей 199
6.2.2. Результаты определения режимов диагностирования 211
6.2.3. Результаты исследований по определению влияния параметров технического состояния редукторной части КП на виброакустический сигнал, формируемый коробкой передач 214
6.2.4. Результаты исследований по определению связи параметров переходных процессов, возникающих при включении и выключении фрикционов с величиной износа дисков трения 236
6.2.5. Определение зависимостей между параметрами вибрации и техническим состоянием дизелей 242
6.3. Результаты определения допустимых значений начальных уровней виброакустических параметров 251
6.4. Результаты исследований по определению фактического технического состояния отремонтированных агрегатов 258
6.5. Определение предельных и допустимых значений диагностических параметров. Оценка погрешности диагностирования 261
6.6. Результаты эксплуатационной проверки разработанных методов диагностирования 265
6.7. Апробация методики определения индивидуальной стратегии
эффективной эксплуатации 267
Выводы 273
7. Разработка средств и технологий технического диагностиро вания машин 275
7.1. Разработка средств диагностирования 275
7.2. Разработка технологий диагностирования 299
7.3. Определение трудоемкости диагностирования 304
8. Экономическая эффективность исследований 306
Основные выводы и рекомендации 311
Литература
- Анализ научных исследований, посвященных вопросам повышения эффективности работы машин
- Теоретические основы выбора стратегий профилактики
- Вероятностно-статистические показатели оценки работы ма шины для целей диагностирования
- Диагностирование общего технического состояния агрегатов тракторов
Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время в сельском и лесном хозяйствах существенно изменился машинно-тракторный парк. Появились машины, повышающие производительность труда, улучшающие условия работы. Однако количество отказов все еще остается значительным и более 25% сельскохозяйственных машин может находиться в неработоспособном состоянии. На протяжении многих лет величина коэффициента технической готовности колеблется в пределах 0,6 - 0,7.
Можно указать две основные причины значительных простоев и затрат труда и средств на техническое обслуживание и ремонт техники [6,7,75]:
- техническое несовершенство конструкций с/х и лесных машин в отношении их приспособленности к обслуживанию и ремонту при эксплуатации;
- несовершенство организации системы технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственной техники.
В условиях ускорения научно-технического прогресса важное значение приобретает высокопроизводительное использование техники, во многом зависящее от организации эффективного контроля качества изготовления и ремонта машин, технического диагностирования ее при эксплуатации и обслуживании.
Существующие методы и средства диагностирования, основанные на различных принципах, разработаны, как правило, для определения отдельных параметров, механизмов и приборов и требуют большого количества устройств для диагностирования всей машины в целом. Процесс диагностирования сопровождается частичными разборками (разрушающим контролем) и большой трудоемкостью операций. Контроль качества изготовления и ре монта техники осуществляется, в основном, по штатным приборам, внешнему осмотру и шуму, что не отвечает современным требованиям повышения качества и надежности техники. Низкая взаимная приспособленность машин и диагностических средств приводит к большой трудоемкости операций, снижает эффективность определения показателей работы и технического состояния машин, затрудняет автоматизацию процесса диагностирования. Это обуславливает значительные расходы средств на техническое обслуживание, ремонт и эксплуатацию машинно-тракторного парка.
Кроме этого, большое внимание специалистов с/х и лесного машиностроения уделяется развитию теоретических и практических основ организации сервиса машин, обоснованию оптимальных периодов профилактических и ремонтных мероприятий, основанных на таких свойствах надежности как безотказность, долговечность и ремонтопригодность. В настоящее время все разработанные модели профилактики строятся на основе теории массового обслуживания, в основе которой лежат многочисленные статистические исследования. Результатами таких исследований являются решения, которые принимаются на основе усредненных значений, что значительно снижает эффективность использования машин. Кроме этого в законченных разработках не используются результаты контроля технического состояния машины для определения оптимального времени профилактики. Отсутствие разработок по выбору индивидуальной стратегии эффективной эксплуатации является негативным фактором, влияющим на рациональное использование сельскохозяйственной и лесной техники.
Решение проблемы эффективного использования с/х и лесозаготовительной техники требует разработки индивидуальной стратегии эффективной эксплуатации машин с учетом их текущего технического состояния на основе вероятностных моделей, что, в свою очередь, влечет повышения эффективности технического диагностирования машин на принципиально но вом уровне, с применением универсальных безразборных методов и электронных высокопроизводительных автоматизированных установок, обеспечивающих поточность процесса диагностирования с достоверным заключением о техническом состоянии и остаточном ресурсе машин.
Цель исследования - обоснование и разработка научных и технических основ совершенствования технологических процессов эксплуатации машин с/х и лесного профиля на основе вероятностных моделей и безразборных универсальных методов и средств технического диагностирования.
Научная новизна и основные результаты, которые выносятся на защиту, следующие:
1. Представление относительной вероятности как основного критерия и вероятностные модели выбора индивидуальной эффективной эксплуатации машин.
2. Класс аналитических функций моделей диагностики, наилучшим образом согласующийся с серийными статистическими данными.
3. Энтропийный принцип определения количества информации и информационной ценности параметров для целей оперативного контроля механизмов машин.
4. Математические модели оптимизации номенклатуры проверяемых параметров и диагностических средств, а также функциональной связи диагностических параметров с показателями работы и технического состояния машин.
5. Методика определения категории качества машин по результатам их диагностики.
6. Универсальные методы диагностирования тракторов и других лесозаготовительных машин, включенные в автоматизированные диагностические установки ДИПС (КИ-13940-ГОСНИТИ) и АМТ (КИ-13950-ГОСНИТИ), а также комплект диагностических электронных приборов.
В диссертации осуществлено решение научной проблемы повышения эффективности использования сельскохозяйственной техники посредством обоснования и разработки научных и технических основ совершенствования технологических процессов эффективной эксплуатации машин на основе вероятностных моделей и безразборных универсальных методов и средств диагностирования.
Значимость для теории и практики. Для теории имеют значение: представление относительной вероятности как основного критерия выбора области эффективной эксплуатации; вероятностная модель стратегии эксплуатации; класс аналитических функций моделей диагностики; математические модели связи диагностических и структурных параметров; методика разделения агрегатов на условные категории качества.
Для практики имеют значение: определение области эффективной эксплуатации машин в реальном времени; технические решения, обеспечивающие возможность создания системы индивидуальной эффективной эксплуатации машин по результатам диагностирования; средства и технологии определения технического состояния машин.
Реализация результатов исследования. На основании результатов исследований разработаны в соавторстве диагностические установки и комплект электронных приборов.
Совместно с Государственным Всесоюзным научно-исследовательским технологическим институтом ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГОСНИТИ), Всесоюзным научно-исследовательским институтом электроизмерительных приборов (ВНИИЭП), Санкт-Петербургским Государственным аграрным университетом (СПГАУ) разработаны диагностическая измерительная прогнозирующая система ДИПС (КИ-13940-ГОСНИТИ - стационарный вариант и КИ-5530 - передвижной вариант на базе автомобиля УАЗ-452) и автоматизированный ма шинотестер АМТ (КИ-13950-ГОСНИТИ). Система ДИПС поставлена на серийное производство с 1981 года, Установка АМТ - с 1986 года. Совместно с ГОСНИТИ разработаны технология диагностирования тракторов, зерноуборочных комбайнов системами ДИПС и АМТ, которые включены в основной комплект технической документации установок КИ-13940-ГОСНИТИ и КИ-13950-ГОСНИТИ. Разработанные рекомендации по методике выбора стратегии профилактики и диагностированию электронными приборами и системой ДИПС внедрены на А.О. "Кировский завод" и на предприятиях сельскохозяйственного и лесного комплекса.
Апробация работы. Результаты исследований по диссертационной работе доложены и одобрены на научных конференциях СПбГАУ (ЛСХИ) в 1981 - 1991 годах, на Всесоюзной научной конференции по диагностике и прогнозированию технического состояния подвижного состава автомобильного транспорта (Харьков) в 1980г., Всесоюзной научно-технической конференции по испытаниям на надежность и работоспособность сельскохозяйственной техники (Кант, Киргизская МИС) в 1981 г., Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение эффективности использования автомобильного транспорта и автомобильных дорог в условиях жаркого климата и высокогорных районов» (Ташкент) в 1985 г., Всесоюзной научно-технической конференции по внедрению методов и средств диагностики автотранспорта (Одесса) в 1987 г., Всесоюзном координационном совещании вузовской науки по вопросам использования, надежности и ремонта машин (Ашхабад) в 1989 г., на Международном симпозиуме «Шум и вибрации на транспорте» (Санкт-Петербург) в 1992 г, на Международном научно-техническом семинаре «Виброакустическое проектирование и вибрационная диагностика машин, оборудования и сооружений» (Екатеринбург) в 2002 году, на научных конференциях СПбГЛТА в 2003-2005 годах. Кроме этого, ди агностические средства экспонировались на выставках В ДЫХ в 1985-1986 г.г. и «Интенсификация-90» в г. Санкт-Петербурге.
Публикация по теме диссертации.
Опубликовано 48 работ, в том числе 1 монография (6,5 п.л.), 5 статей во Всероссийских сборниках научных трудов, 2 статьи во Всесоюзных технических журналах, 4 авторских свидетельства на изобретения.
Объем работы.
Диссертация включает введение, восемь глав, основные выводы, список использованной литературы (160 наименований) и приложения. В диссертации 362 стр., в том числе: машинописный текст 307 страниц , 122 рисунка, 14 таблиц, 36 страниц приложений.
Во введении обоснована актуальность темы диссертации и дана характеристика работы.
В первой главе «Состояние проблемы и задачи исследований» содержится обзор научных исследований, выполненных по тематике рассматриваемой проблемы. В результате анализа выполненных научных исследований определены задачи, которые необходимо решить для выполнения цели, поставленной в диссертационной работе.
Во второй главе «Разработка вероятностных моделей выбора индивидуальной стратегии эффективной эксплуатации машин с учетом их технического состояния» разработана методика обоснования индивидуальной стратегии эффективной эксплуатации машин по результатам определения их. текущего технического состояния. На основании статистических данных проведен схемно-функциональный анализ надежности машин. Для обоснования методики выбора стратегии использовано понятие относительной вероятности и квантовых точек, определяющих время проведения диагностирования и обслуживания. Проведен анализ законов изменения структурных и диагностических параметров и их влияние на выбор квантовых точек.
В третьей главе «Теоретическое обоснование и выбор параметров технического состояния машин и диагностических средств» рассмотрены вероятностно-статистические оценки работы машины для целей диагностирования, оценена информационная значимость контролируемых параметров, разработана методика определения допусков контролируемых параметров и критерий оптимизации выбора диагностических средств.
В четвертой главе «Теоретические исследования по обоснованию связи диагностических параметров с параметрами технического состояния агрегатов тракторов» разработаны математические модели связи параметра разности амплитуд вибрации с общим техническим состоянием агрегатов тракторов, параметров вибрации, времени и давления при поэлементном диагностировании, а также при определении качества сборки после капитального ремонта. Кроме этого обоснован метод выделения и преобразования вибросигнала.
В пятой главе «Методика экспериментальных исследований по определению связи диагностических параметров с параметрами технического состояния агрегатов и механизмов тракторов» приведены цель и программа экспериментальных исследований, оборудование, аппаратура и экспериментальные установки, методики лабораторных, заводских и эксплуатационных исследований, а также методика обработки экспериментальных данных и оценки погрешности диагностирования.
В шестой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены результаты измерений диагностических параметров в соответствии с изменением структурных, определены допустимые значения диагностических параметров и погрешности измерений, апробация методики выбора стратегии эффективной эксплуатации на примере трактора «Кировец».
В седьмой главе «Разработка средств и технологий технического диагностирования машин» приведены модели обработки диагностических сигналов и структурные схемы диагностических средств, разработанные автором, а также технология диагностирования.
В восьмой главе приводится расчет технико-экономической эффективности исследований.
Диссертационная работа является результатом многолетних исследований (1975 - 2004 гг.) автора, а также исследований, выполненных под его руководством и при его непосредственном участии.
Работа выполнена на кафедре Эксплуатации машинно-тракторного парка Санкт-Петербургского Государственного аграрного университета и кафедре Технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургской Государственной лесотехнической академии.
С 1973 г. по 1983 г. проводилась научно-исследовательская работа совместно с ГОСНИТИ и ВНИИЭП по теме «Разработка методов и средств технического диагностирования тракторов и сложных сельскохозяйственных машин». С 1978 г. по 1992 г. научно-исследовательская работа проводилась в содружестве с А.О. "Кировский завод" и с Ленинградским областным объединением "Сельхозтехника".
Анализ научных исследований, посвященных вопросам повышения эффективности работы машин
Одним из основных показателей эффективности использования с/х и лесных машин на протяжении всего периода эксплуатации является их надежность. Как известно, надежность представляет сложное комплексное свойство, обеспечиваемое и поддерживаемое на всех этапах жизненного цикла машины и состоящее из свойств безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Техническое диагностирование (ТД) и техническое обслуживание (ТО) машин является неотъемлемой частью поддержания надежности в условиях эксплуатации, а следовательно, повышения эффективности использования техники. Эффективность применения ТД и ТО оценивают комплексными показателями надежности такими, как коэффициент готовности и коэффициент технического использования.
Коэффициент готовности Кг - вероятность того, что машина (агрегат) окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не предусматривается. Зависимость Кг от времени называется функцией готовности T(t), а предел этой функции равен [14,16] \\тГ(і) = Кг= М\ , (1.1) МТ + мтв где Мт - математическое ожидание общего времени безотказной работы за определенный период эксплуатации; Мтв - математическое ожидание суммарного времени восстановления.
Иначе говоря Кг - это доля времени, в течение которого объект работоспособен. Легко заметить, что коэффициент готовности комплексно характеризует свойства безотказности и ремонтопригодности машины.
В соответствии с ГОСТ 27002-89 [43] и положением о техническом обслуживании [117] коэффициентом технического использования Кти называется отношение математического ожидания общего времени пребывания машины в работоспособном состоянии за определенный период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания машины в работоспособном состоянии, простоев, обусловленных техническим обслуживанием, и ремонтов за тот же период эксплуатации, т.е. К ти — , (1-2) Мт + Мтв + Мто где Мто — математическое ожидание общего времени технического обслуживания за рассматриваемый период эксплуатации.
Таким образом, Кти характеризует долю времени нахождения машины в работоспособном состоянии в течение рассматриваемого периода эксплуатации с учетом всех видов простоев (за исключением простоев по организационным причинам).
Из формулы (1.2) получают формулу, связывающую Кг и Кти- Для этого надо разделить ее числитель и знаменатель на М. Тогда получится, что Кти=- , (1.3) +кто кг _1 1 где Кт0 = Мтс/М - коэффициент профилактического технического обслуживания.
Вопросам исследования надежности техники посвящены работы С.Ф. Орлова, В.Н. Андреева, В.Б. Прохорова, В.А. Александрова, Ю.А. Добрынина, Е.Ю. Барзиловича, М.А.Мазуркевича, и др. ученых. Управление техническим состоянием машин, с целью повышения эксплуатационной надежности, определения оптимальной периодичности постановки машин на ТО и ремонт требует полной информации о техническом состоянии машины.
Первая попытка обоснования рационального метода построения систем технического ухода за тракторами сделана Г.В.Веденяпиным [28]. Автором разработана классификация систем технического обслуживания и статистический метод определения периодичности, исходя из доверительного уровня безотказности.
А.И.Селиванов разработал основы системы ТО и ремонта машин в сельском хозяйстве, в большей степени соответствующий реальным условиям использования машин [126]. Система предусматривает возможность замены конструктивных элементов при любом виде ТО и ремонта, если потери, связанные при этом с заменой конструктивных элементов, не превосходят потери от недоиспользования их ресурса.
Герцбах И.Б. и Ховард Р.А. для оптимизации системы ТО «по состоянию» используют математический аппарат стохастического динамического программирования [36,144]. В случае оптимизации вида технического обслуживания Е.Ю. Барзиловичем применяется минимум потерь на управление процессом ТО в течение периода между двумя ТО. Таким образом учитываются управляющие показатели и экономические характеристики управления.
М.А. Мазуркевич при определении оптимальных стратегий контроля и ТО использует критерий оптимальности Беллмана, который решает двумя методами: рекуррентным, если число этапов расчета невелико, и итерационным, если число этапов расчета велико. Следует отметить, что рекуррентный метод очень чувствителен к достоверности и точности исходных данных, поэтому при достаточно больших погрешностях исходных данных результат может получаться неверным. Решение о применении того или иного метода может находится из анализа чувствительности оптимальных решений, проведенного в работе В.Н. Андреева [15].
В.Н. Шиловский при разработке комплексной системы организации технического сервиса территориально распределенных лесозаготовительных машин оптимизировал поставку запчастей в виде групповых комплектов и объемы поставок и их распределение территориально распределенными потребителями [151].
Теоретические основы выбора стратегий профилактики
В настоящее время существуют три основные стратегии проведения» ТО и ремонта сельскохозяйственных и лесных машин [16].
Первая - ремонт машин проводится по потребности после отказа машины. При этом возможно применение контроля технического состояния для определения вида и места отказа и объема ремонтных работ.
Вторая заключается в проведении ТО и ремонта в регламентированные сроки в зависимости от наработки машины. При этой стратегии определяется оптимальный плановый срок профилактики. В качестве критерия эффективности используется максимальное значение коэффициента технического использования [16]. где в качестве функции распределения используется гамма-распределение.
При использовании третьей стратегии ТО и ремонт проводят как по потребности, так и в плановые сроки. Плановые ТО проводят при отсутствии отказов через рассчитанное оптимальное время.
Обычно для определения той или иной стратегии определяют оптимальный межремонтный ресурс агрегатов и машины в целом по минимальной удельной стоимости ремонта и технического обслуживания в межремонтный период. При этом для основных механизмов, агрегатов и машины в целом оптимальный ресурс приравнивают к величине ресурса наименее надежного узла, механизма или агрегата. В этих целях исследуют потоки отказов машины, определяют законы распределения и строят зависимости вероятности безотказной работы агрегатов и машины.
Теоретические законы распределения выбирают по величине коэффициента вариации. Если коэффициент вариации меньше 0,3, то применяют закон нормального распределения, если больше 0,5, то используют закон распределения Вейбулла, если величина коэффициента вариации лежит в пределах 0,3 - 0,5, то можно применять и тот и другой закон распределения, а также экспоненциальное распределение. Причем следует учитывать, что экспоненциальный закон является частным случаем закона распределения Вейбулла.
При определении оптимальных стратегий ТО и ремонта (профилактики) в работе [36] предложно использовать метод стохастического динамического программирования, при котором оптимальной стратегией является та, которая максимизирует полный ожидаемый доход на протяжении всех этапов процесса. При этом необходимо знать матрицу перехода вероятностей из одного состояния в другое, вектор начальных вероятностей, матрицу доходов и набор стратегий. Задача стохастического динамического программирования решается двумя методами: рекуррентным и итерационным.
Рекуррентный метод используется при ограниченном времени наблюдения и малом числе стратегий, а оптимальную стратегию определяют по рекуррентному уравнению где Cj - полный доход за (п+1) этап; Рут - вероятность перехода из состояния і в состояние j; Zy"1 - доход за этапы і и j; Q(n) - доход за предыдущие п этапов; m - номер стратегии.
Итерационный метод используется при больших времени наблюдений и числе стратегий. При этом вначале для начальных условий находят прибыль и, в соответствии, с ней определяют значения коэффициентов основного уравнения. Затем, используя значения этих коэффициентов находят новую стратегию, которая минимизирует выбранный критерий. При решении данной задачи важное значение имеет достоверность и точность исходных данных.
Другой подход к определению оптимальных решений заключается в определении оптимальных стратегий при ограничениях расходов по времени эксплуатации [18]. При этом, возникновения восстановления и затраты на восстановления описываются экспоненциальным законом. Для решения данной задачи необходимо устанавливать лимит затрат на количество восстановлений в текущем году. Рассматриваются отказы второй и третьей группы сложности. Здесь в качестве целевой функции используется интенсивность эксплуатационных затрат, которая определяется по уравнению (2.3) где С - общие затраты на восстановление в начале эксплуатации; Р(А) - вероятность отказов второй и третьей группы сложности; С„ - средние за траты на восстановление в п - ом году; ап - средняя интенсивность восстановления.
В работе [76] применяется теория В-моделей и рассмотрены два варианта. При этом автор ввел понятие условной вероятности Tj = P(Aj/Bj), (2.4) где Aj - событие, означающее, что в состоянии j выявлено повреждение; Bj - повреждение находится в состоянии j.
В первом случае определяются: доля фактически заменяемых элементов, когда повреждение находится в одном из состояний К; интегральные функции распределения и время контроля так, чтобы эти функции не превосходили заданных значений. Далее определяются начальные распределения для вновь замененных элементов и итерационный процесс повторяется.
Вероятностно-статистические показатели оценки работы ма шины для целей диагностирования
Цель диагностирования в широком смысле - получить информацию о техническом состоянии составных частей и машины в целом, проанализировать эту информацию, определить остаточный ресурс составных частей машины и принять решение о видах воздействия (ТО или ремонт) или дальнейшей эксплуатации машины.
Для достижения этого необходимо произвести выбор и обоснование номенклатуры структурных параметров состояния машины, ограничивающих межремонтный ресурс ее составных частей, либо снижающих технико-экономические показатели работы, либо определяющие необходимый объем ремонтных работ. Поэтому собирают и анализируют отказы всех деталей, сопряжений и механизмов исследуемой машины. Затем выявляют структурные параметры, обусловившие каждый отказ элементов и определяют вероятность отказа и издержки, связанные с его устранением и предупреждением. На основе этого обосновывают структурные параметры.
На втором этапе обосновывают номенклатуру диагностических параметров. Для этого устанавливают совокупность всех диагностических параметров, сопутствующих изменению структурных, исследуют диагностические параметры, определяют тесноту их связи со структурными и выбирают номенклатуру диагностических параметров.
Номенклатура параметров для решения этих задач обширна. С эксплуатационной точки зрения идеальным было бы осуществлять контроль всех параметров технического состояния, но при этом возрастает стоимость и трудоемкость этих работ. Следует также учитывать точность диагноза, которая зависит от применяемых методов и средств.
Поэтому, для каждого вида условий для достижения максимального эффекта при заданных затратах осуществляется оптимизация номенклатуры параметров.
В общем виде целевая функция Z, оценивающая эффективность от контроля выбранной номенклатуры параметров технического состояния запишется [83] Z=f(P,D,C,U), (3.1) где Р - структурные параметры контроля; D - диагностические параметры в соответствии со структурными; С - затраты, связанные с измерением диагностических параметров; U - конкретные условия диагностирования, которые являются ограничениями, накладываемыми на оптимизируемые величины.
Из (3.1) следует, что вначале проводят оптимизацию структурных параметров Р для конкретных условий U. Затем в соответствии с выбранной номенклатурой Р проводят оптимизацию номенклатуры диагностических параметров D с учетом средств и затрат, связанных с их измерением. В результате для каждых конкретных условий диагностирования будет определена оптимальная номенклатура параметров и диагностических средств. При определении номенклатуры контролируемых параметров пользуются теорией информации, а в качестве критерия оптимизации используется максимум количества информации, передаваемой данным параметром [83] Ii = max (3.2) Так как количество информации, приобретаемое при выяснении состояния системы, измеряется энтропией этой системы, то 1х = Н(х), (3.3) где 1х - количество информации, приобретаемое системой; Н (х) - энтропия системы.
Для получения полной информации о тракторе или автомобиле в целом при диагностировании вводится допущение о независимости его агрегатов и систем. Энтропия физического объекта определяется [31, 33] Н(х.)=-Т,Р.(х.)\0&2Р.{х.) (3.4) где Pj - вероятность і-го состояния физического объекта, т.е. представляет сумму произведений вероятностей различных состояний физического объекта (хО на логарифмы этих состояний взятой со знаком минус.
Диагностирование общего технического состояния агрегатов тракторов
Вибрационный сигнал, который наблюдается с выхода первичного измерительного преобразователя (датчика), установленного в диагностическую точку при работе двигателя любой машины, представлен на рис. 4.1 ,а.
Из рисунка 4.1,а следует, что для достоверного определения технического состояния данного механизма необходимо выделить из вибрационного процесса информативные составляющие и сформировать из них диагностические параметры. В качестве диагностических параметров могут выступать амплитуды, частоты и фазы сигналов, а также временные характеристики, такие, как скорость нарастания сигнала, длительность импульса, время нахождения сигнала в определенной зоне и т.п.
Одним из наиболее простых способов получения информации о техническом состоянии механизма является измерение общего уровня вибрации в определенных диагностических точках. При таком виде диагностирования механизмов обычно измеряется среднее значение общего уровня для начального и предельно изношенного состояния механизма. Так, в результате исследований [8] были определены средние значения общего уровня вибрации в области цилиндров для отремонтированных двигателей, которые составляют 3- 5g , а для предельно изношенной ЦПГ - 12-H8g. Увеличение уровней вибрации наблюдается и при определении общего технического состояния других механизмов. Исследования, проведенные в работе [6] показали, что при применении электронных приборов по общему уровню вибрации можно определять общее техническое состояние механизма, однако погрешность диагностирования будет достаточно высока. Применяемые в настоящее время стетоскопы для прослушивания шумов механизмов агрегатов еще больше увеличивают эту погрешность и вносят субъективизм в оценку технического состояния.
В работах [54, 51, 52] обоснованы и приведены математические модели связи параметров технического состояния (зазоров, износов) цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), газораспределительного механизма (ГРМ) и кривошипно-шатунного механизма (КШМ) с амплитудой вибрационных сигналов.
Одной из задач данных исследований являлась задача уменьшения погрешности и повышения достоверности и эффективности диагностирования общего технического состояния агрегатов тракторов.
Обычно в качестве критерия информативной составляющей данного вибрационного сигнала применяют значение отношения полезного сигнала к помехе [6] где Ап - амплитуда полезной (информативной) составляющей вибросигнала; Аш - амплитуда шума (помехи).
Чем больше значение х , тем информативнее зона, в которой проводятся измерения.
Для повышения отношения и устанавливаются на объект диагностирования сразу два датчика: один для измерения общего вибрационного сигнала, состоящего из сигнала исследуемого процесса и шума фона, второй -для измерения сигнала шума фона. Первый датчик устанавливают в точке наиболее близкой к исследуемому процессу, второй - в точке, в которой отношение исследуемого сигнала к сигналу шума фона равно или меньше единицы. Измерения необходимо проводить одновременно и затем из общего вибрационного сигнала вычитают сигнал шума фона. Этим достигается увеличение отношения v не менее чем в 1,7 раза [2]. Улучшение отношения полезного сигнала к помехе достигается за счет увеличения амплитуды полезного сигнала, тогда как шум фона остается неизменным
