Основные методы и средства диагностирования. Диагностические параметры.

Лекция 5.

Диагностика машин

Основные положения и задачи технической диагностики.

Основные методы и средства диагностирования. Диагностические параметры.

Прогнозирование технического состояния машин по результатам диагностирования. Особенности диагностирования систем и агрегатов строительных машин Экономическая эффективность диагностирования машин.

Важным условием поддержания работоспособного состояния и надежности строительных машин является своевременное обнаружение и предупреждение неисправностей, возникающих в процессе их эксплуатации. Информацию о техническом состоянии машины и ее составных частей несут внешние признаки: люфты, вибрация, герметичность, эффективность действия, тепловое состояние и др. Такие признаки называются диагностическими. Имеется определенная связь между количественными показателями отдельных признаков и состоянием соответствующих механизмов. Для этого разработаны и стандартизованы требования и методы оценки, с помощью которых проводят техническое диагностирование при вводе машин в эксплуатацию, техническом обслуживании, текущем или капитальном ремонте.

Под техническим диагностированием понимают процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью. При диагностировании обнаруживают скрытые неисправности агрегатов без их разборки, устанавливают техническое состояние машины в данный момент, а также прогнозируют изменение ее технического состояния с целью определения предполагаемого момента отказа. К примеру, эффективность двигателя можно оценить по мощности, эффективность сцепления по проценту буксования. Такие параметры дают обобщенную информацию о состоянии механизма в целом, являющуюся основой для дальнейшей поэлементной диагностики.

Общая система диагностирования позволяет выявить изменения основных функций машины по сравнению с эталонной.

Диагностирование — процесс определения технического состояния и перспектив дальнейшей эксплуатации машины и ее сборочных единиц без их разборки.

Основные задачи диагностирования машин-проверка работоспособности сборочных единиц и машины в целом, определение потребности выполнения контрольно-регулировочных и ремонтных операций при техническом обслуживании, поиск дефектов и контроль качества ремонта, сбор и обработка информации для прогнозирования остаточного ресурса.

Повышение эффективности технической эксплуатации строительных машин при применении диагностирования достигается за счет:

- сокращения затрат времени на определение технического состояния путем исключения работ по разборке (демонтажу);

- сокращения простоев машин из-за отказа рабочих органов;

- снижения затрат на устранение отказов строительных машин вследствие своевременного обнаружения скрытых дефектов;

- повышения эффективности использования машин по назначению в результате своевременной коррекции (восстановления) функциональных характеристик машин при выходе их за пределы допуска;

- снижения объемов работ, выполняемых при техническом обслуживании и ремонте, в резуль­тате установления соответствия их состава действительному техническому состоянию машины.

Диагностирование машины может проводиться одновременно с выполнением ТО (совмещенное диагностирование). В этом случае передвижные мастерские и специализированные посты ТО оснащаются средствами диагностики. Специализированное диагностирование проводится на специализированных участках баз механизации или с помощью передвижных диагностических установок.

По объему и характеру информации о работоспособности машины диагностика может быть общей (Д-1) и углубленной (Д-2), При Д-1 проверяется работоспособность машины, устанавливается необходимость проведения регулировочных и ремонтных работ. При Д-2 проводится углубленный анализ технического состояния сборочных единиц и систем с выявлением дефектов, устанавливается объем регулировочных работ, определяется остаточный ресурс и качество ТО и ремонта.

При техническом диагностировании предварительно выполняются подготовительные работы, включающие очистку машины, ознакомление с информацией машиниста о техническом состоянии ее, визуальный осмотр состояния наружных креплений и герметизации соединений составных частей. Первичная проверка позволяет выявлять очевидные дефекты сборочных единиц и определять необходимость их ТО или ремонта перед диагностированием.

После предварительной оценки технического состояния и устранения явных дефектов определяют диагностический параметр или комплекс параметров, характеризующих техническое состояние машины, системы или сборочных единиц.

Численное значение параметра является его количественной мерой, оно может быть номинальным, допустимым и предельным. (И_ном) характерно для новых или капитально отремонтированных машин и сборочных единиц и обеспечивает их рациональную эксплуатацию. Значение параметра, обеспечивающего безотказную работу сборочных единиц до очередного диагностирования, называется допустимым (И_доп). Предельное значение параметра (И_пр) характеризует экономическую нецелесообразность или опасность дальнейшей эксплуатации машины.

Безотказная работа машины на участке и снижение трудоемкости ТО и плановых ремонтов зависят от точности определения изменений контролируемых параметров при диагностировании сборочных единиц и систем. Здесь рассматриваются операции, выполняемые для всех сборочных единиц (подготовительные работы, выбор диагностического параметра, анализ контролируемого параметра, прогнозирование остаточного ресурса). Для сборочных единиц с текущими значениями параметра, превышающими допустимые, дополнительно проводятся контрольно-регулировочные и (или) ремонтные операции. В момент контроля технического состояния машины или сборочной единицы определяется фактическое значение параметра И_i и сравнивается с допустимым значением И_доп (t_доп = t_п - Т_п - d). Если И_i < И_доп, то для машины в целом или для сборочной единицы прогнозируется остаточный ресурс t_ост. Предельное значение параметра диагностируемого объекта не достигается в процессе эксплуатации при значениях t_ост, превышающих наработку до очередного контролируемого мероприятия, включая и значение абсолютной ошибки прогнозирования d.

Как правило, наработка до очередного контрольного мероприятия равна периодичности первого технического обслуживания (Т_п). Машина должна поступать в эксплуатацию при t_ост ³ Т_п + d. Если остаточный ресурс t_ост < Т_п + d, то планируются контрольно-регулировочные и (или) ремонтные работы. При t_ост < Т_п + d после проведения контрольно-регулировочных работ машина поступает на пост текущего ремонта.

Структурная схема диагностированияДиагностирование машины в целом и ее сборочных единиц должно проводиться в определенной последовательности. Условно процесс диагностирования можно разделить на 5 уровней.

Первый уровень включает общее диагностирование машины по выходным параметрам, оценивающим техническое состояние двигателя, трансмиссии, движителя, рабочего оборудования и систем (например, расход топлива, производительность и тяговая мощность). На втором уровне диагностируются двигатель, трансмиссия, движитель, рабочее оборудование и системы машины. В третий уровень диагностирования включены сборочные единицы, приборы и системы двигателя, трансмиссии, движителя, рабочего оборудования. Четвертый уровень включает диагностирование подвижных сопряжений. На последнем (пятом) уровне рассматриваются отдельные детали.

Основные методы и средства диагностирования. Диагностические параметры.

Параметры диагностирования машины в целом (тяговая мощность, усилие на рабочем органе, топливная экономичность, мощность механических потерь, суммарный зазор в элементах трансмиссии, продолжительность рабочих операций, содержание токсичных компонентов в отработанном газе) отражают ее эксплуатационные свойства. К диагностическим параметрам предъявляются следующие требования: однозначность, информативность, технологичность. Однозначность предусматривает наличие одного значения параметра выходного процесса. Информативность параметра характеризует объем информации о техническом состоянии диагностируемого объекта. Технологичность параметра оценивается удобством, трудоемкостью и себестоимостью диагностирования.

Диагностические параметры подразделяются на структурные, или прямые (эффективная мощность, размеры деталей, зазоры в сопряжениях, натяги, несоосность и т. д.), и функциональные или косвенные (суммарные зазоры, расход топлива, продолжительность цикла, давление жидкости в гидросистеме и в главной магистрали двигателя, производительность насосов, мощность механических потерь и т. д.). По исполнению средства технического диагностирования (СТД) подразделяют на два вида:

внешние - не являющиеся составной частью объекта диагностирования;

встроенные - с системой измерительных преобразователей (датчиков) входных сигналов, выполненные в общей конструкции с объектом диагностирования как его составная часть.

В свою очередь внешние СТД бывают стационарные, передвижные и переносные. По функциональному назначению подразделяют на группы:

комплексные - для диагностирования машины в целом; двигателя и его систем; органов управления; тормозных систем; системы внешних световых приборов; трансмиссии; ходовой, части и подвески; электрооборудования; гидравлических систем; рабочего и специального оборудования.

По степени охвата машин диагностированием и виду применяемых систем диагностирования СТД подразделяют на: входящие в общие системы диагностирования машин в целом ;входящие в локальные системы диагностирования отдельных сборочных единиц или составных частей машин; отдельно применяемые средства диагностирования.

Перечень составных частей машин, подвергаемых диагностированию, должен быть установлен в стандартах или технических условиях на машины конкретного вида.

По степени автоматизации процесса управления СТД подразделяют на автоматические, полуавтоматические, с ручным или ножным управлением (неавтоматические), комбинированные.

Для оценка технического состояния машин нашли применение тормозной, безтормозной и комбинированный методы. Тормозной метод основан на применении нагрузочных устройств, где имитируется работа машины в различных режимах. Как правило, этот метод применяют на стационарных тормозных стендах КИ-4935, КИ-8927 и САК-Н-670. На этих стендах создаются нагрузочные и скоростные режимы для землеройно-транспортных и транспортных машин. Здесь проверяются мощностные и топливно-экономические показатели, техническое состояние трансмиссии, движителя и тормозов. Для диагностирования грузоподъемных и землеройных машин широко применяются гидравлические нагружающие устройства, особенностью которых является приложение нагрузки к исполнительным органам. Параметры диагностирования определяются при максимальных скоростных и нагрузочных режимах, позволяющих наиболее эффективно выявлять неисправность.

Широкое распространение получил бестормозной метод диагностирования, когда с помощью переносных приборов оценка работоспособности машин производится по выходным параметрам агрегатов и систем: мощности двигателя, суммарному угловому зазору трансмиссии, расходу жидкости при рабочем давлении после распределителя гидросистемы, продолжительности выполнения рабочих операций исполнительными органами, свободному ходу и усилию на органах управления машиной. Кроме этого применяют комбинированный и дифференциальный методы.

Прогнозирование технического состояния машин по результатам диагностирования. Особенности диагностирования систем и агрегатов строительных машин Экономическая эффективность диагностирования машин.

Показатели работы машин, регистрируемые встроенными средствами, и результаты функционального диагностирования в эксплуатации являются исходными для ресурсного диагностирования.
Основой теории прогнозирования служит прогностика — научная дисциплина, изучающая поведение прогнозируемых систем (в частности, состояние машины) в зависимости от изменения параметров других (прогнозирующих структурных параметров составных частей после определенной наработки). Полный процесс прогнозирования технического состояния машин состоит из трех этапов: ретроспекции, диагностирования и прогноза (рис.16). Первый этап заключается в исследовании процесса изменения параметров состояния машины в прошлом. При диагностировании (второй этап) устанавливают номинальные, допускаемые и предельные значения параметров, измеряют текущие значения этих параметров. На третьем этапе осуществляют прогноз состояния машины, в результате анализа которого принимают конкретные решения о виде и объеме ремонтно-обслуживающих работ.
В результате прогноза принимается решение о проведении капитального, текущего ремонта, регулировочных и других операций обслуживания или устанавливается остаточный ресурс машины. При этом под остаточным ресурсом понимают наработку от момента диагностирования до предельного состояния машины или агрегата.

Диагностирование двигателей внутреннего сгорания. На мощность двигателя внутреннего сгорания оказывают влияние следующие факторы: износ деталей цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов; износ и обгорание клапанов и седел; неисправности систем питания, охлаждения и смазки.

В двигателе внутреннего сгорания цилиндропоршневая группа работает в наиболее тяжелых условиях (газовая среда, высокая температура, большие циклические нагрузки).

Рисунок 16.- Процесс прогнозирования технического состояния машин

При этом происходит интенсивное изнашивание деталей, что приводит к прорыву газов из камер сгорания в картер, увеличению шума и вибрации, загрязнению моторного масла и его потере на угар, снижению герметичности в надпоршневом пространстве.

Диагностирование цилиндропоршневой группы производится по функциональным параметрам: изменению давления сжатия в цилиндрах; прорыву газов в картер; угару масла; утечкам сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр; разрежению в камере сгорания; изменению шума и вибрации; изменению параметров моторного масла.

Большое количество параметров определения технического состояния цилиндропоршневой группы позволяет объединять их по трем зонам измерений: камера сгорания, блок цилиндров, картер двигателя. В зоне камеры сгорания проверяют, как правило, давление сжатия, прорыв газов в картер, утечку сжатого воздуха, разрежение в камере сгорания. Давление сжатия (компрессию) в каждом цилиндре проверяют компрссометром КИ - 861 не менее трех раз на прогретом двигателе при вращении коленчатого вала стартером или пусковым двигателем. Минимально допустимое давление сжатия для карбюраторных двигателей равно 0,6...0,7 МПа, для дизельных — 1,4 МПа. При этом разница показаний в цилиндрах не должна быть больше 0,1 МПа. Снижение давления на 40 % указывает на поломку или залегание колец, либо на предельный износ колец и гильзы, либо на неплотность сопряжения «клапан—гнездо». Неисправность сопряжений «кольцо—гильза» определяется повторным замером давления после добавления в камеру сгорания 20...25 см³ моторного масла. Увеличение давления указывает на значительный износ колец и гильзы.

Прорыв газов в картер зависит от износа колец и гильзы. Объем этих газов измеряют при максимальном крутящем моменте газовым расходомером КИ-4887-1, КИ-1367, соединенным через шланги с маслозаливной горловиной. Расход картерных газов изменяется в пределах от 30 до 200 л/мин и зависит от типа двигателя и его наработки. Герметичность камеры сгорания характеризует техническое состояние колец, цилиндра, прокладки головки цилиндров и сопряжения «клапан—гнездо». Параметрами ее оценки могут быть разрежение и утечка сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр.

Разрежение измеряют вакуумметром КИ-5315. Герметичность камеры сгорания является достаточной, если при вращении коленчатого вала стартером создастся разрежение 0,5...9,6 кПа.

Наличие в цилиндре неисправностей вызывает утечку воздуха и уменьшение давления в камере, регистрируемого прибором. Прибор К-69М определяет относительную утечку воздуха в процентах к максимальному значению. Он работает от сети сжатого воздуха при давлении 1,3...1,6 МПа.

Замер относительной утечки воздуха и определение места утечки производятся путем подачи его в цилиндр через отверстие для форсунки или свечи в головке блока. Процент утечки воздуха фиксируется манометром, где отмечены три зоны: 1) нормальное техническое состояние цилиндра; 2) необходим текущий ремонт; 3) предельное состояние цилиндра, требуется капитальный ремонт.

Кроме этого место выхода воздуха позволяет определять неисправность. Так, выход сжатого воздуха через маслозаливную горловину указывает на износ цилиндра и колец, а через воздухоочиститель — на неплотность прилегания к гнезду впускного клапана. Если же сжатый воздух выходит через глушитель, то нарушена герметичность сопряжения «выпускной клапан—гнездо». Проверяют также, нет ли утечки воздуха в прокладке между головкой и блоком цилиндров. Для этого края прокладки смазывают маслом или мыльной водой и наблюдают, нет ли пузырьков воздуха на стыке головки и блока и в наливной горловине радиатора. Появление пузырьков воздуха в радиаторе указывает на пробой прокладки между цилиндром и каналом системы охлаждения.

Если обнаружены неплотности в клапанах или в сопряжениях «поршневое кольцо—гильза», следует уточнить состояние цилиндров путем замера утечки воздуха при положении поршня в начале такта сжатия. Состояние цилиндров в этом случае характеризует разность утечки воздуха при положении поршня в начале такта сжатия и в конце. Если эта разность больше значения, указанного в технических условиях, то цилиндры требуют капитального ремонта. По утечке воздуха при положении поршня в начале такта сжатия судят о состоянии поршневых колец и клапанов.

Основным структурным параметром, характеризующим работоспособность кривошипно-шатунного механизма, является радиальный зазор подшипниковых узлов. Для оценки технического состояния используют функциональные параметры: давление масла в главной масляной магистрали; расход масла в единицу времени; шум и стуки, возникающие в сопряжениях.

Давление масла определяется при нормальном тепловом режиме с номинальной частотой вращения коленчатого вала, затем на холостом ходу. При номинальной частоте вращения давление масла для разных двигателей колеблется в пределах 0,2...0,7 МПа, а при минимальной равно 0,1 МПа.

Одним из наиболее эффективных способов определения технического состояния кривошипно-шатунного механизма является прослушивание неработающего двигателя, камеры сгорания которого подключены к компрессорно-вакуумной установке, создающей в надпоршневом пространстве разрежение и повышенное давление (установка КИ-4942). Для окончательного решения о состоянии проверяемых сопряжений измеряют суммарный зазор, который для разных двигателей равен 0,3...0,5 мм.

Параметрами контроля механизма газораспределения являются: тепловой зазор между стержнем клапана и коромыслом, герметичность сопряжения «клапан—гнездо», износ распределительного вала, упругость клапанных пружин.

Тепловой зазор в зависимости от конструкции двигателя находится в пределах 0,25...0,45 мм. Величина зазора определяется с помощью устройства КИ-9918, которое исключает необходимость установки поршня проверяемого цилиндра в определенное положение.

Герметичность клапанов проверяют по утечке воздуха через сопряжение «гнездо—клапан» с помощью прибора КИ-4887-11. Предельные значения утечки воздуха для разных двигателей — 50...60 л/мин.

Износ кулачков распредвала определяют по максимальному перемещению клапана, которое не должно быть менее 9...12 мм.

Проверка упругости пружины клапана производится прибором КИ-723. При усилиях на сжатие менее 170...200 Н пружины необходимо заменять.

На СДМ, как правило, устанавливаются дизельные двигатели, неисправности которых могут быть вызваны неисправностями топливной аппаратуры (до 40 % отказов).

Основными параметрами, характеризующими техническое состояние топливной аппаратуры, являются: давление впрыска и качество распыливания топлива форсунками, производительность подкачивающего насоса и элементов топливного насоса высокого давления, износ плунжерных пар и клапанов, угол опережения подачи топлива, состояние фильтров грубой и тонкой очистки. Проверке в первую очередь подвергают фильтр тонкой очистки, перепускной клапан и подкачивающий насос. Давление перед фильтром должно быть не менее 0,09 МПа, а после фильтра — в пределах 0,06...0,08 МПа.

Одной из главных причин отказов топливной системы является неисправность форсунок. При диагностировании двигателя применяют два варианта проверки технического состояния форсунок: со снятием с двигателя и без снятия с использованием приспособления КИ-9917, которое позволяет определять давление и качество распыливания топлива форсункой. Для разных двигателей давление срабатывания равно 13...21 МПа. Качество распыливания определяется стетоскопом при нагнетании топлива в форсунку приспособлением КИ-9917. Впрыск сопровождается четким характерным звуком удара иглы форсунки в седле. Проверяют также герметичность форсунки. Снижение давления с 28 до 23 МПа должно продолжаться не менее 5 с. Для проверки работоспособности форсунок применяют также максиметры.

При проверке работоспособности топливного насоса давление, развиваемое каждой плунжерной парой, должно быть не менее 30 МПа. Если оно меньше, то насос отправляется в ремонт. Герметичность нагнетательного клапана проверяется при давлении 15 МПа, по достижении которого отключают подачу топлива. Если время падения давления до 10 МПа не более 10 с, то насос отправляется в ремонт.

Неравномерность нагружения цилиндров проверяется при поочередном их отключении. Она определяется по формуле

Н = 200 (n_max – n_min)/(n_max + n_min) ,

где n — частота вращения вала. Допускается неравномерность нагружения цилиндров не более 15 %.

При диагностировании топливной системы проверяется угол опережения подачи топлива, который оказывает влияние на полноту и качество сгорания топлива.

Уровень дыма в отработавших газах определяется прибором КИ-408.

На процесс воспламенения смеси наряду с системой топливоподачи большое влияние оказывает система подачи воздуха. Основным элементом подачи воздуха является воздухоочиститель, характеристики которого по мере загрязнения ухудшаются. Степень засоренности воздухоочистителя характеризуется разрежением во впускном воздушном тракте.

Уровень масла в картере двигателя всегда должен находиться у верхней метки указателя. Интенсивность изменения уровня масла во многом зависит от технического состояния двигателя. Расход масла не должен быть более 3,5 % израсходованного топлива для карбюраторных двигателей и 5 % для дизельных. При проверке уровня масла необходимо обращать внимание и на качество масла. Основное внимание при этом уделяют его прозрачности и отсутствию капель охлаждающем жидкости. Объективно качество масла оценивают методом спектрального анализа, когда пробу масла сжигают в высокотемпературном пламени и с помощью спектрографа регистрируют продукты износа. Полученные результаты подвергают качественному и количественному анализу. Качественный анализ состоит в обнаружении спектральных линий, которые, свидетельствуют о присутствии в масле металлов, а количественный — в определении интенсивности почернения спектральных линий. Присутствие в масле железа говорит об износе цилиндров, алюминия — поршней, хрома — колец, свинца — подшипников коленчатого вала и т. д. Кварц, оксиды алюминия характеризуют работоспособность воздухоочистителя или герметичность воздушного тракта, а также эффективность работы маслоочистителей. По изменению числа элементов, входящих в состав присадок, оценивают пригодность масла для дальнейшей эксплуатации.

Большое значение имеют способ и методика взятия проб на глубине 30...35 мм через отверстие маслоизмерительного щупа.

Проверка системы смазки включает и проверку работы масляного фильтра тонкой очистки. При температуре не ниже 70 °С ротор исправной центрифуги должен вращаться не менее 35 с.

От технического состояния системы охлаждения во многом зависят топливная экономичность, мощность и надежность двигателя. Температура охлаждения жидкости должна поддерживаться в пределах 85...95 °С. При указанном режиме двигатель развивает максимальную мощность, имеет минимальный расход топлива и наименьшие износы.

Кроме температуры охлаждающей жидкости, контролируются герметичность системы охлаждения, натяжение ремня привода вентилятора и разность температур верхнего и нижнего бачков. Для проверки натяжения ремня вентилятора необходимо нажать на ремень в центре между шкивами с силой 30...40 Н и замерить прогиб, который не должен превышать 15...20 мм.

Уменьшение температурного перепада по сравнению с нормой (8...12 °С) свидетельствует о наличии накипи или загрязнении радиатора.

Герметичность системы охлаждения проверяют путем подачи воздуха под давлением 0,15 МПа через заливную горловину. После прекращения подачи воздуха фиксируют интенсивность падения давления (за 10 с оно должно падать не более чем на 0,01 МПа).

Диагностирование трансмиссии Основными сборочными единицами трансмиссии СДМ являются: коробка отбора мощности, карданные передачи, сцепление, коробка передач, главная передача, колесная передача. Наибольшее распространение в сборочных единицах трансмиссии получили зубчатые, шлицевые, шпоночные, карданные и подшипниковые сопряжения. Износ их приводит к увеличению суммарных угловых зазоров в механизмах силовой передачи, повышению шума и вибрации, нарушению плавности в работе и изменению температуры.

Изменение суммарных угловых зазоров зависит от наработки. После периода приработки наблюдается незначительный рост суммарного углового зазора, но при определенной наработке наступает период прогрессирующего износа сопряжений, когда угловые зазоры механических передач увеличиваются в 6...15 раз.

Угловые зазоры (люфты) определяют приборами модели КИ-4832 и КИ-13909, размещая их на выходе (или на входе) механических передач при заторможенном входе (или выходе). Предельный суммарный угловой зазор j трансмиссии СДМ зависит от количества сопряжений и равен 20...80 °С.

Для определения работоспособности сборочных единиц применяют и другие параметры: кинематическую неравномерность; интенсивность изменения температуры при постоянном нагрузочном и скоростном режимах; виброакустические сигналы, генерируемые сборочной единицей в процессе работы.

Кинематическая неравномерность проявляется в отклонении передаваемого момента за один оборот вала механической передачи. Динамические усилия, связанные с дефектами зубчатого зацепления и подшипников, могут превышать полезную нагрузку более чем в 3 раза.

Интенсивность изменения температуры сборочной единицы характеризует механические потери в ней. Измерение температуры производят термисторными термометрами с магнитным креплением на регулярном тепловом режиме в течение 20...60 мин и сравнивают с эталонными значениями. Регулярный тепловой режим наступает спустя 5...15 мин после включения передачи в работу.

Виброакустические сигналы могут использоваться при оценке работоспособности трансмиссии. Сборочные единицы трансмиссии диагностируются и по другим параметрам, характеризующим их техническое состояние. Так, сцепление диагностируют по свободному ходу педали (25...45 мм), полноте включения и выключения сто. Полнота включения оценивается отсутствием пробуксовки, а выключения — легкостью переключения передач. Карданный вал дополнительно проверяется на биение, которое не должно превышать 2 мм. Работоспособность гидромеханических передач дополнительно оценивается: по давлению масла в главной магистрали на режимах холостого хода, движения и наката; по зазору между толкателями и регулировочными винтами механизмов управления золотниками.

Диагностирование движителей. В качестве диагностических параметров гусеничного хода чаще всего принимаются: длина десяти звеньев гусеничной цепи, характеризующая износ проушин звеньев и пальцев; провисание гусеничной цепи, отражающее натяжение ее, которое влияет на интенсивность изнашивания и потерю до 9 % мощности; изменение размеров деталей гусеничного хода (опорных, поддерживающих и направляющих катков, поверхности зуба звездочки); осевой люфт в подшипниковых сборочных единицах; герметичность уплотнений подшипников.

Основными диагностическими параметрами колесных движителей являются: давление сжатого воздуха; степень износа протектора шин; схождение передних колес; зазор в подшипниках ступиц колес; радиальные и осевые зазоры шкворней управляемых колес; разбалансировка колес.

Разбалансировка колес приводит к дополнительным динамическим нагрузкам на детали ходового оборудования и интенсивному изнашиванию протектора шин. Статическая неуравновешенность характеризуется несовпадением центра масс с осью колеса, а динамическая — неравномерным распределением массы по ширине колеса.

Радиальные и осевые зазоры в шкворневых соединениях определяются в двух положениях колеса: вывешенном и рабочем. Осевой зазор определяется набором щупов, а радиальный — с помощью прибора КИ-4852. Радиальный зазор не должен превышать 0,75 мм. Прибор КИ-4852 позволяет определять и осевой зазор ступиц колес, который находится в пределах 0,03 мм.

Схождение передних колес оказывает влияние на устойчивость движения и интенсивность изнашивания шин. В зависимости от типа машины номинальное значение схождения находится в интервале 4... 10 мм. Предельное отклонение не должно превышать ± 2 мм.

Важными параметрами контроля движителя являются степень износа протектора шин и давление в них. Высота протектора влияет на устойчивость машины и тяговые усилия, а давление — на интенсивность изнашивания протектора, расход топлива и легкость управления машиной.

Диагностирование гидропривода. Конструктивные особенности гидропривода, оказывающие значительное влияние на производительность машины, и тенденция к его усложнению делают актуальным применение диагностики. Характерные неисправности гидропривода: нарушение герметичности системы; износ сопряжений в насосах, гидромоторах, распределителях и гидроцилиндрах; засорение фильтров; загрязнение и обводнение рабочей жидкости.

Все перечисленные неисправности влияют на продолжительность выполнения машиной отдельных операций, а также всего цикла. 1

Параметрами контроля гидропривода в целом являются: продолжительность выполнения отдельных операций или рабочего цикла; температура рабочей жидкости и темп ее нарастания; количественное и качественное изменения рабочей жидкости; КПД системы.

Наиболее широко для оценки общего состояния гидропривода применяется метод сравнения продолжительности выполнения отдельных операций или цикла с номинальными и предельными значениями. Здесь необходимо соблюдать тождественность внешних условий, особенно при сравнении с эталонной машиной. |

Рациональная вязкость рабочей жидкости гидропривода находится в пределах 16...33 мм /с. От температуры вязкость рабочей жидкости находится в степенной зависимости с показателем степени до 2,6. При температуре 45...55 °С стабильность вязкости применяемых жидкостей должна быть наибольшей. Изменение температуры жидкости в функции времени при постоянном нагрузочном и скоростном режимах работы позволяет оценивать работоспособность гидропривода. Полученное значение интенсивности изменения температуры сравнивают с эталонным. Более высокая интенсивность свидетельствует о переходе большей части механической энергии в тепловую.

На работоспособность гидропривода большое влияние оказывают количество и качество рабочей жидкости. При эксплуатации необходимо строго поддерживать рекомендуемый уровень рабочей жидкости. Внешние утечки ее возможны при разгерметизации гидросистемы, которая выявляется визуальным осмотром шлангов, трубопроводов, присоединительных устройств и уплотнений гидроцилиндров. Нарушение герметичности системы приводит к количественным потерям жидкости. Происходит интенсивное загрязнение жидкости, особенно при замене и доливе ее. По данным Р. А. Макарова, загрязнение рабочей жидкости гидропривода при работе СДМ составляет 10 %, а при замене и доливе ее — соответственно 37 и 50 %. Только 3 % механических включений остается в гидросистеме после изготовления или ремонта машины. Загрязнение рабочей жидкости механическими примесями является основной причиной снижения надежности гидропривода. По зарубежным данным, 90 % отказов гидропривода происходит из-за механических примесей в жидкости, причем на интенсивность изнашивания элементов гидропривода влияют размеры частиц. Так, снижение размеров частиц с 20 до 5 мкм увеличивает ресурс аксиально-поршневых насосов более чем на порядок, а других элементов гидроаппаратуры — в 7 раз.

На работоспособность гидропривода влияет также наличие в жидкости воды, которая способствует появлению продуктов окисления и коррозии металла. При отрицательной температуре наличие воды в гидросистеме приводит к прихватыванию золотников и клапанов распределителя, появлению ледяных пробок и разрушению сборочных единиц.

Учитывая значительное влияние состава рабочей жидкости на показатели гидропривода, проводят физико-химический контроль с помощью стационарных, передвижных и переносных лабораторий. В условиях эксплуатации СДМ применяется полевая лаборатория ПЛ-2М и ручная РЛ.' Ручная лаборатория (масса 14 кг) позволяет определять четыре параметра: плотность жидкости, кинематическую вязкость, содержание воды и качественное содержание механических примесей, а полевая лаборатория — еще и содержание кислот, щелочей, температуру застывания и вспышки.

Пробу рабочей жидкости для анализа берут из бака гидропривода машины после работы насоса не менее 10 мин. Для диагностирования состояния рабочей жидкости и отдельных сборочных единиц производится накопление данных, полученных через определенную наработку.

Комплексную оценку состояния гидропривода позволяет сделать полный КПД, характеризующий как объемные, так и механические потери. Его можно определить по формуле

где N_г — мощность на исполнительном органе; N_прив— приводная мощность насоса.

В условиях эксплуатации измерение мощности связано с большими трудностями, и диагностирование гидропривода с учетом ее значений применяется, как правило, при испытаниях машин.

К основным сборочным единицам гидропривода, обеспечивающим его работоспособность, относятся: гидронасос, гидромотор, гидрораспределитель, гидроцилиндр, фильтр рабочей жидкости, предохранительный и перепускной клапаны. Параметры диагностирования выбираются по неисправностям, характеризующим наработку сборочных единиц на отказ.

Основные неисправности аксиально-поршневых насосов вызываются изнашиванием поверхностей шатунно-поршневой группы и сопряжения блока с поршнями и распределителем. Увеличение зазоров в шатунной группе вызывает рост пульсации давления в напорной линии, а в сопряжениях блока с поршнями и распределителем — соответственно внутренние перетечки жидкости и снижение коэффициента подачи.

В процессе эксплуатации шестеренных насосов изнашиваются поверхности сопряжения опорных втулок с шестернями, зубьев шестерен, шеек вала и резиновых уплотнений с потерей эластичности. В результате изнашивания поверхностей сопряжений шестеренных насосов снижается коэффициент подачи.

Основные неисправности гидрораспределителя вызываются изнашивание поверхностей сопряжений золотников и корпуса. Секционные | клапаны в процессе эксплуатации теряют герметичность. Увеличение зазоров в сопряжениях гидрораспределителя с клапанами приводит к росту внутренних перетечек. Причем, согласно исследованиям до 90 % перетечек рабочей жидкости происходит через предохранительный и перепускной клапаны.

Потери работоспособности гидроцилиндров связаны, как правило, с изнашиванием резиновых уплотнений поршней, крышек цилиндров и грязесъемников. Изнашивание резиновых уплотнений поршня приводит к внутренним перетечкам жидкости из напорной магистрали в сливную, что вызывает снижение объемного КПД. Из-за изнашивания резиновых уплотнений крышки происходят наружные утечки жидкости и увеличивается количество абразивных частиц в рабочей жидкости. |

Отказы гидроцилиндров из-за изнашивания рабочей поверхности гидроцилиндра и поршня, деформации штока и цилиндра в процессе эксплуатации не превышают 10 % всех отказов гидропривода.

Рассмотренные выше неисправности гидропривода нарушают процесс передачи энергии, увеличивают потери рабочей жидкости и продолжительность выполнения рабочих операций, вызывают вибрацию, шум и динамические нагрузки. Эти явления, сопутствующие определенным неисправностям, позволяют выбирать параметры диагностирования гидропривода с учетом их информативности. Для шестеренных насосов желательно выбирать коэффициент подачи, который зависит от внутренних перетечек жидкости и позволяет предупреждать более 90 % отказов. Внутренние перетечки в гидромоторах, распределителях и цилиндрах могут быть оценены объемным КПД. Работоспособность распределителя оценивают также по утечкам жидкости. В качестве параметра оценки фильтров можно принимать перепад давлений на входе и выходе.

Диагностирование насоса по коэффициенту подачи позволяет оценивать, насколько действительная его подача отличается от теоретической. При эксплуатации СДМ значение подачи, близкое к теоретическому, определяют путем измерения подачи насоса Коэффициент подачи для шестеренных насосов он не должен быть ниже 0,77, а для аксиально-поршневых — 0,70.

Диагностирование распределителей производится по величине внутренних утечек (нормируемых в технической документации) или объемному КПД. Расход жидкости измеряют дросселем-расходомером при номинальном давлении до распределителя и после. Их разность позволяет оценивать внутренние утечки, а отношение — объемный КПД • Предельные значения не должны превышать номинальных более чем в 3 раза, a должен быть объемный КПД больше 0,88.

При подключении дросселя-расходомера проверяется давление срабатывания предохранительного клапана. С этой целью поток плавно дросселируется до давления срабатывания клапана. Причем при конструкции распределителей со встроенными предохранительными клапанами прибор подключается после распределителя.

Диагностирование гидроцилиндров проводится по замеру расхода рабочей жидкости после распределителя (Q₂ ) давлению и времени полного хода штока при создании усилия нагружения внешней нагрузкой, приложенной к рабочему оборудованию машины. Снижение скорости перемещения штока при номинальных расходе и давлении указывает на наличие перетечек в цилиндре из-за износа уплотнений.

Объемный КПД для гидроцилиндра определяется по формуле

где F — рабочая площадь поршня; u — скорость перемещения штока гидроцилиндра.

Диагностирование гидромоторов производится, как правило, по значениям объемного КПД (h_гм), внутренним утечкам рабочей жидкости и амплитуде пульсаций давления.

Для оценки работоспособности гидромотора замеряют частоту вращения вала n_гм, и с учетом расхода рабочей жидкости после распределителя находят

где q_гм — рабочие объемы гидромотора.

Внутренние утечки гидромотора определяются из выражения

Высокой информативностью обладает параметр амплитуды пульсаций давлений для аксиально-поршневых гидромоторов (насосов). По этому параметру оценивают осевой зазор в шатунно-поршневой группе гидромоторов или насосов. Оценка амплитуды пульсаций давлений при диагностировании гидромоторов (насосов) производится с помощью датчика пульсаций давления и регистрирующих приборов.

Диагностирование фильтров производится по давлению в сливной магистрали, которое должно находиться в пределах 0,15...0,20 МПа.

Диагностирование систем управления. Контроль и регулировка системы управления гусеничных машин сводится к проверке свободного хода рычагов и педалей, который обеспечивает нормальный зазор 1,5..,2,0 мм для фрикционных систем ленточного типа и 0,3...1,0 мм для конусных и дисковых.

Свободный ход педали (рычага) принимается равным 0,15...025 общего хода. Допускаемый полный ход педалей не должен превышать 100...150 мм, а рычагов — 300...350 мм.

Диагностирование системы управления машины с колесным движителем производится по следующим параметрам: усилию на рулевом колесе (20 Н); свободному ходу рулевого колеса (15...20°); установке передних колес (схождение 8... 12 мм).

Проверка тормозов с приводом от пневмосистемы осуществляется по ходу штока тормозной камеры при рабочем давлении в пневмосистеме. Для разных машин допускается ход штока 30...50 мм при разности хода не более 3...7 мм.

Герметичность пневмосистемы проверяют при включенных и выключенных тормозах. При выключенном двигателе снижают давление до 0,05...0,06 МПа и наблюдают за стрелкой манометра, нажимая на педаль и отпуская ее. Если движение стрелки в обоих случаях отсутствует, то пневмосистема герметична. Герметичность пневмосистемы и техническое состояние компрессора определяют временем заполнения системы воздухом, которое не должно превышать 2 мин. Предохранительный клапан регулятора давления проверяют по отклонению значений давления компрессора (1,0 МПа) при выключении и включении.

У машин с гидравлическим приводом тормозов проверяется наличие воздуха в системе и состояние уплотнений. Значительное снижение усилий при нажатии на педаль указывает на наличие воздуха в системе гидропривода, а появление тормозной жидкости на барабанах колес свидетельствует об износе цилиндра или уплотнений.

Общее техническое состояние тормозной системы колесных машин можно определять по тормозному пути и ускорению замедления. Длину пути торможения определяют по формуле

где u — скорость машины перед началом торможения, км/ч; f — коэффициент сцепления покрышки с дорогой.

Ускорение замедления для исправных тормозов находится в пределах от 4,2...5,0 м/с² до 2,0 ± 0,5 м/с² для ручного тормоза.

При диагностировании крюковых подвесок в первую очередь обращают внимание на состояние крюка. Визуально осматривается пять поверхностей: хвостовая часть крюка и гайки; рабочая поверхность под подшипник скольжения; нижняя поверхность внутренней части (зева) крюка; боковая поверхность внутренней части крюка; внешняя поверхность крюка.

Трещины и надрывы на рассматриваемых поверхностях недопустимы. Предельный износ нижней поверхности внутренней части (зева) крюка составляет 10% первоначальной высоты вертикального сечения.

Траверса подлежит выбраковке при износе оси более чем на 3% первоначального диаметра; грузовые цепи подлежат замене при износе звеньев на 10% первоначального диаметра. Звенья заменяют со следами трещин, деформаций и других дефектов. При наличии 5% дефектных звеньев цепь полностью меняется на новую.

Работоспособность полиспастов оценивается свободным проворачиванием блоков на осях без внутренней боковой качки. Допустимое торцовое биение составляет 0,2 мм на 100 мм радиуса блока. В подшипники полиспаста должна легко подаваться пластичная смазка.

Ресурс канатов зависит от диаметров и формы канавок барабанов, блоков и ограждений, регламентируемых нормативной документацией.

Оценка работоспособности канатов производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации грузоподъемной машины. Для оценки безопасности использования канатов применяют следующие критерии: характер и число обрывов проволок; разрыв пряди; поверхностный и внутренний износ; поверхностная и внутренняя коррозия; местное уменьшение диаметра каната, включая разрыв сердечника; уменьшение площади поперечного сечения каната; деформация в виде волнистости, корзинообразности; выдавливание и раздавливание проволок и прядей, перегибов; нарушение шага свивки и т.д.; повреждение в результате температурного воздействия или электрического дугового разряда.

Канаты подлежат замене независимо от отсутствия видимых обрывов проволок при уменьшении диаметра каната на 7% вследствие поверхностного износа, а также коррозии или на 10% в результате разрыва сердечника, внутреннего износа, обмятия и разрыва.

При замене канатов в первую очередь учитывают их тяговую способность, а затем проверяют соответствие их диаметра диаметру барабанов и роликов.

Диагностирование ходовых колес, катков, крановых и тележечных путей. Для повышения работоспособности ходовых колес твердость поверхности катания и реборд должна соответствовать установленным требованиям. При эксплуатации износ поверхности катания ходовых колес, уменьшающий номинальные размеры диаметра на 2%, является предельным. Износ поверхности реборды допускается до 50% первоначальной толщины. Разность диаметров колес, связанных кинематически, не должна превышать 0,5%.

Работоспособность ходовых колес оценивается также непараллельностью их осей. Допустимое значение для ведущих колес ±1 мм, для ведомых — ±2 мм. Непараллельность геометрических осей ходовых колес и осей балансирных тележек не должна превышать 0,5 мм на 1 м их длины.

Оценка правильного положения колес производится по зазорам между ребордами и рельсами, а также по размеру диагоналей между колесами. Равенство между собой диагоналей, а также зазоров между рельсами и колесами свидетельствует о нормальном положении ходовых колес.

При наличии любых трещин ходовые колеса выбраковываются. Ходовые колеса механизмов передвижения грузоподъемных машин и их грузовых тележек должны быть изготовлены и установлены так, чтобы исключить сход колес с рельсов.

Для обеспечения безопасной работы грузоподъемных кранов устройство рельсового пути должно производиться по проекту, разработанному специализированной организацией или предприятием — изготовителем крана.

Диагностирование силового электропривода. Техническое состояние электродвигателей, генераторов и аппаратов, установленных на СДМ, зависит от состояния изоляции обмоток и обрыва в них, коммутационных контактов и наличия замыканий в обмотках и между листами активной стали. Согласно статистическим данным, отказы, связанные с дефектами в обмотках, составляют до 95 %, с дефектами механической части — до 5 % общего числа отказов.

Как правило, электрические машины и аппараты, установленные на СДМ, работают на открытом воздухе. Влага, проникающая в поры в капилляры изоляции, резко снижает сопротивление, хотя пробоя и не происходит. В то же время локальные дефекты сухой изоляции и изоляции, обладающей большим сопротивлением, повышают опасность пробоя. Поэтому сопротивление изоляции дает лишь качественную оценку ее состояния. Для прогнозирования работоспособности изоляции дополнительно определяют коэффициент абсорбции, емкость изоляции, тангенс угла диэлектрических потерь, коэффициент нелинейности, нагревостойкость изоляции.

В процессе старения обмотки уменьшается электрическая емкость изоляции. В качестве диагностического параметра оценки ее состояния используют коэффициент Кс :

где С₁, C₂ — емкости изоляции при частотах напряжения 2 и 50 Гц и соответственно. При К_с > 1,4 изоляцию необходимо сушить.

Работоспособность электрических двигателей и аппаратов в значительной степени зависит от температуры окружающей среды. Отрицательная температура позволяет на 40 % увеличивать нагрузку на электродвигатель. Ресурс электродвигателя или генератора снижается в 2 раза, если температура, установившаяся при их работе, превышает предельную на 8 ° С. При эксплуатации электродвигателей в различных условиях нормируется превышение температуры изоляции над температурой окружающей среды

Диагностирование электрооборудования. В процессе эксплуатации СДМ с дизельным двигателем основные неисправности электрооборудования приходятся на аккумуляторные батареи, генератор с регулятором напряжения, стартер и другие потребители электроэнергии.

Комплексная проверка работоспособности аккумуляторной батареи проводится под нагрузкой по напряжению, которое при запуске двигателя стартером должно быть не менее 10,2 В, а при последовательном соединении двух батарей — не менее 20,4 В.

Поэлементное диагностирование аккумуляторных батарей включает проверку уровня и плотности электролита, степени заряженности элементов, наличия короткого замыкания пластин.

Уровень электролита должен быть на 10... 15 мм выше сепараторных пластин. Наличие контакта пластин с воздухом приводит к быстрому снижению емкости батарей. При понижении уровня доливают дистиллированную воду, так как она испаряется быстрее, чем кислота. Плотность электролита замеряется ареометром. Разница между плотностью электролита в отдельных элементах не должна превышать 0,02 г/см³. Плотность электролита заряженной аккумуляторной батареи, приведенная к 15 °С, для условий Республики Беларусь рекомендуется равной 1,27 г/см³.

Диагностирование металлоконструкций СДМ. Определение состояния металлоконструкций СДМ методами неразрушающего контроля регламентируется ГОСТом. Наиболее широкое применение нашли следующие методы: капиллярные, магнитные, ультразвуковые и визуально-оптические. Кроме этого перспективным методом является контроль инфракрасным излучением.

Капиллярные методы основаны на проникновении специальных жидких веществ в микротрещины металлоконструкций и образовании на поверхности диагностируемого объекта изображения дефектов Капиллярные методы позволяют определять дефекты со следующими размерами микротрещин: раскрытие 1 мкм, глубина 0,01 мкм и длина 0,03 мм. Достоинствами капиллярных методов являются простота и оперативность получения информации, но они не позволяют определять глубину трещин и внутренние дефекты.

Скрытые дефекты глубиной до 10 мм обнаруживаются магнитными методами, основанными на регистрации магнитных полей рассеивания. При диагностировании металлоконструкций СДМ применяются три разновидности этого метода: феррозондовый, индукционный и магнитно-порошковый,-

Феррозондовый метод позволяет измерять магнитное поле рассеивания феррозондом (катушкой со стальным сердечником) при пропускании через катушку переменного тока частотой 50...200 кГц. Этот метод дает возможность выявлять дефекты размером 0,5 мм на глубине до 10 мм.

Индукционный метод позволяет регистрировать искательной катушкой аномалии магнитного поля рассеивания между полюсами электромагнита переменного тока частотой не более 50 Гц. ЭДС в искательной катушке возбуждается потоком рассеивания от дефекта, усиливается и подается на индикатор, осциллограф или телефон. С его помощью выявляют трещины и непровары в сварных соединениях глубиной до 0,3 мм.

Магнитно-порошковый метод предусматривает намагничивание диагностируемого объекта путем пропускания тока через него или медный стержень, расположенный рядом. Проверяемую поверхность посыпают магнитным порошком либо его суспензией. Если намагниченная поверхность имеет дефекты, то на ней появляются изображения этих дефектов. Данный метод позволяет эффективно выявлять трещины с раскрытием более 1 мкм, длиной более 0,5 мм и глубиной от 10 мкм до 2 мм.

Ультразвуковой метод основывается на регистрации упругих волн, возбуждаемых в диагностируемом объекте. Для диагностирования металлоконструкций наиболее широко применяется эхо-метод. С помощью пьезоэлектрических преобразователей ультразвуковые импульсы посылаются с поверхности металлоконструкций. Отражение этих импульсов от внутренних дефектов и обратной стороны объекта позволяет определять трещины и раковины в материале

Визуально-оптические методы позволяют определять дефекты металлоконструкций при визуальном обследовании с помощью оптических средств (зеркал, линз, микроскопов и эндоскопов).