Диагностика строительных машин

Средства и технологии диагностирования строительных машин

Техническое диагностирование (диагностика) — процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью. Результатом диагностирования является заключение о техническом состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причины дефекта. Диагностирование дает возможность:

• своевременно обнаружить и устранить дефекты, что позволит повысить техническую готовность строительных машин в среднем на 12-18%;
• исключить необоснованные разборочные сборочные работы, что позволит сохранить технический ресурс машин и их сборочных единиц (например, снижение технического ресурса гидронасосов экскаваторов вследствие нового цикла приработки после разборки достигает 6-10%);
• обеспечить полную выработку ресурса (в настоящее время до 25% двигателей внутреннего сгорания направляют в ремонт с недоиспользованным ресурсом, а около 10-15% в предаварийном, непригодном для ремонта состоянии);
• обеспечить работу машин с оптимальной регулировкой, что повысит их производительность, снизит расходы горюче-смазочных материалов и электроэнергии (например, без диагностирования до 80% двигателей внутреннего сгорания развивают мощность ниже номинального значения);
• повысить безопасность работы за счет частых ревизии и контроля сборочных единиц, обеспечивающих безопасность (на башенных кранах, например, только 40% отказов тормозов устраняют по время плановых технических обслуживании и ремонтов, остальные отказы устраняют при заявочных ремонтах);
• снять целый ряд ограничений при создании новых конструкций строительных машин, и части использования более эффективных, но сложных для обслуживания сборочных единиц, например автоматических регулирующих устройств на базе современной электроники.

Кроме того, применение диагностирования упорядочивает саму систему эксплуатации, позволяет создать автоматизированные системы сбора объективной текущей информации об изменении состояния деталей и сборочных единиц в функции наработки. Это важно, для оценки надежности, оптимизации конструкций, совершенствования технологии изготовления и режимов эксплуатации строительных машин.

В данном разделе предпринята попытка обобщить опыт, имеющийся в области методов, средств и технологии диагностирования, разработанных специально для строительных машин, а также методов и средств диагностирования, разработанных для тракторов и автомобилей, но которые могут быть использованы (и частично уже используются) для диагностирования сборочных единиц строительных машин (главным образом, двигателей внутреннего сгорания, шасси и сборочных единиц базовых машин).

Датчики средств диагностирования строительных машин

Техническое диагностирование, являясь одним из важнейших направлений в повышении эффективности и качества эксплуатации машин, увеличивает межремонтную наработку, своевременно предотвращает отказы и соответственно сокращает затраты труда и средств на техническое обслуживание и ремонт техники. Наибольший экономический эффект от диагностирования достигается за счет снижения трудоемкости контроля и повышения достоверности информации о техническом состоянии машин при невысокой стоимости средств диагностирования. Эти задачи наилучшим образом решаются в случае применения электрических методов измерения с использованием электронной аппаратуры и в особенности при наличии средств автоматизированного диагностирования, позволяющих свести к минимуму участие мастера-диагноста в получении и обработке измерительной информации и оптимизировать процесс диагноза путем реализации ряда перспективных универсальных диагностических методов (в том числе: виброакустического, теплового, методов, основанных на анализе неустановившихся и переходных режимов, протекающих в двигателе внутреннего сгорания и др.), не доступных для реализации механическими средствами.

Важнейшие функциональные элементы электронных средств технического диагностирования — датчики неэлектрических и электрических физических величин — являются первичными носителями информации о диагностируемом объекте и оказывают влияние на правильный выбор комплекса вторичной аппаратуры (питающей, усилительно-преобразующей и регистрирующей), т. е. на структуру средств технического диагностирования в целом с учетом рациональной точности, надежности, помехоустойчивости и стоимости.

Из всего комплекса диагностической измерительной аппаратуры в наиболее тяжелых эксплуатационных условиях находятся датчики из-за прямого влияния на них объекта диагностирования, контролируемой среды и внешних эксплуатационных факторов, влияющих на метрологические характеристики и надежность датчика и средства технического диагностирования в целом.

Диагностика тяговых и экономических качеств автомобиля

Тяговые качества транспортного средства можно проверить в ходе диагностики автомобиля, а именно, максимальной скорости автомобиля. Для этого необходимо произвести заезд на максимальной скорости, эксплуатируя автомобиль на высшей передаче, мерный участок составляет, как правило, 1 км.

Следует учесть, что разгон необходимо сделать достаточным для достижения автомобилем при въезде на мерный участок максимальной скорости.

Из двух заездов выбирают среднее значение.

Для целостности оценки тяговых качеств необходимо уточнить время, за которое автомобиль совершает разгон до 100 км/ч с места.

Услугами автосервиса можно также проверить экономические качества автомобиля.

Так, например, расход топлива в ходе эксплуатации автомобиля является важным параметром, характеризующим общее техническое состояние двигателя автомобиля. Конечно, стоит отметить, что такой показатель зависит как от дорожных условий и климатических показателей, так и от режима движения, а также от квалификации водителя.

Таким образом, объективной оценки о техническом состоянии двигателя можно добиться выполнив замер контрольного расхода топлива. Данный показатель заключается в установлении расхода топлива при условии, что автомобиль совершает заезд на скорости 90 км/ч с учетом того, что ходовая часть данного транспортного средства находится в технически исправном состоянии и соблюдены все необходимые условия заезда. Все измерительные этапы должны проводиться на дороге, длина которой составляет не менее 5 км, при этом скорость должна быть постоянной в двух противоположных направлениях. Заезд должен проводиться не менее чем по два раза в каждом направлении.

Таким же образом можно определить расход топлива транспортного средства. Данный показатель обычно измеряют за время пробега автомобиля между заменами масла в режимах движения, которые характерны для нормальной эксплуатации. Расход масла выясняют при помощи его взвешивания до и после пробега с учетом всех доливок. Масло необходимо сливать только в горячем состоянии (никак не ниже 60 градусов) при открытой маслозаливной горловине в течение, примерно, 10 минут для полного стекания масла со стенок картера. При производстве слива и залива масла автотранспортное средство должно находиться в горизонтальном положении. Стоит отметить, что расход масла можно замерить путем определения нехватки масла в системе, доводя его объем до первоначального уровня из заранее взвешенной емкости.

Диагностирование автомобиля по тягово-экономическим показателям

Для определения расхода топлива с погрешностью 2 % можно использовать расходомер с погрешностью измерения 1% и тяговый стенд, обеспечивающий погрешность измерения мощности 1,9%; при этом погрешность измерения частоты вращения коленчатого вала не должна превышать 1,7%, а тяговой силы — 1%.

Номограмма позволяет решать и обратную задачу: при известных метрологических характеристиках тягового стенда можно определить погрешность измерения обобщающего параметра (расхода топлива).

При разработке методов и средств измерений необходимо учитывать особенности физических процессов, протекающих в узлах и агрегатах автомобиля, а также возникающих при взаимодействии автомобиля и тягового стенда в процессе испытаний. С этой целью проводят анализ мощностного баланса автомобиля на тяговом стенде, составленного с учетом особенностей методов измерения параметров на стенде для различных режимов испытаний.

Мощностной баланс автомобиля при испытании на тяговом стенде. Индикаторная мощность двигателя определяется суммой его эффективной мощности и потерь мощности, обусловленных изменением внешних условий и режимов разгона, а также приводом вспомогательных агрегатов и преодолением механических сопротивлений в двигателе. Из перечисленных составляющих на тяговом стенде измеряют только эффективную мощность двигателя.

Испытания проводят при установившихся и неустановившихся режимах. Общим случаем является режим разгона, при котором определяют следующие данные: мощность, затрачиваемая на преодоление инерции вращающихся деталей автомобиля; мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений в трансмиссии автомобиля и стенда и сопротивления качению колес по роликам стенда; мощность, затрачиваемая на проскальзывание колес автомобиля по роликам стенда; мощность, затрачиваемая на преодоление инерции вращающихся масс стенда; мощность, поглощаемая нагрузочным устройством стенда.

На силовых тяговых стендах испытания проводят при установившихся режимах. В силовых тяговых стендах измеряемая мощность на ведущих колесах автомобиля принимается численно равной мощности, поглощаемой нагрузочным устройством.
На инерционных тяговых стендах испытания проводят на неустановившихся режимах. В этом случае нагрузочное устройство отсутствует. Потери мощности участвуют в мощностном балансе при испытаниях автомобиля как на силовом, так и на инерционном стендах.

Анализ мощностного баланса позволяет при создании тягового стенда оценить методы измерения составляющих мощностного баланса, выявить факторы и источники погрешностей этих методов, дать количественную оценку факторов, оказывающих влияние на погрешность методов измерения составляющих мощностного баланса. Исследования показывают, например, что величина проскальзывания колес, зависящая от модели шины, ее технического состояния, конструкции стенда и режима испытаний может колебаться от 1 до 12%. Если измерительные системы стенда не учитывают этого обстоятельства, погрешность при определении эффективной мощности двигателя может достигать таких же значений.

Анализ мощностного баланса позволяет разработать методы и средства, обеспечивающие требуемые метрологические характеристики стенда, а также оценить и сравнить.

Тяговые стенды для общей диагностики автомобиля и контроля его тягово-экономических показателей

Тяговые стенды (или иначе стенды контроля тяговых качеств автомобиля — СТК) роликового (барабанного) типа имитируют движение автомобиля с различными скоростными режимами и режимами нагружения двигателя. На стендах тестируются:

· Комплексные параметры: мощность на ведущих колесах, тяговое усилие на ведущих колесах, линейная скорость на окружности колеса (скорость автомобиля), расход топлива, время (путь) разгона, выбега.

· Элементные параметры (с добавлением дополнительных приборов): частота вращения коленчатого вала, пробуксовка сцепления, исправность спидометра, неисправности трансмиссии и др.

Диагностирование и контроль ведутся в режимах максимальной тяговой силы (крутящего момента), максимальной скорости.

Принцип действия тяговых стендов заключается в том, что движущие силы и мощность, развиваемые двигателем автомобиля и приведенные к его колесам, уравновешиваются силами тормозных устройств стенда и фиксируются с помощью специальных силоизмерительных устройств. Кроме этого, в стенде измеряются и другие параметры движения автомобиля.

Тяговые стенды состоят из следующих частей, изготовленных в виде отдельный изделий и соединенных между собой энергетическими и информационными связями (кабелями и воздуховодами): силовой шкаф, измерительная стойка с пультом управления и приборами регистрации параметров, вентиляторная установка для обдува радиатора автомобиля, система воздухоподготовки, одно или два опорно-роликовых блока. Для отвода отработавших газов от автомобиля используются система шлангового отсоса или передвижного местного отсоса зонтового типа, которые в комплектацию стенда не входят.

Современные СТК разнообразны по принципиальной схеме и режимам нагружения, режимам диагностирования, конструктивному исполнению и приборному оснащению и др. Их классификация по обобщенным признакам дана в таблице 4.2.

Нагружение ведущих колес автомобиля в силовых стендах осуществляется за счет применения тормозного устройства. В качестве тормоза используются устройства, позволяющие менять в широких пределах тормозное усилие. Чаще всего для этой цели применяются вихревые электродинамические и гидродинамические тормозные устройства, реже электродвигатели, работающие в генераторном режиме.

В инерционных стендах для нагружения ведущих колес использованы в качестве маховых масс массы роликов (барабанов) и специальные тяжелые маховики, соединенные с роликами стенда через редуктор.

В стендах с комбинированным нагружением применяются как тормозные устройства, так и маховики.

В соответствии со способом нагружения автомобиля диагностирование на стендах ведется либо в скоростном, либо в нагрузочном режимах. Скоростной режим реализуется с помощью инерционных маховых масс в процессе разгона системы автомобиль — стенд. Нагрузочный режим осуществляется в силовых стендах. Для этого режима характерно постоянство скорости движения автомобиля и тормозных сил, развиваемых стендом.

По типу опоры колес одной оси автомобиля на барабаны (ролики) стенды бывают трех видов — однобарабанные, двухбарабанные и четырехбарабанные (по два барабана на каждое колесо). Стенды с последним типом опорных устройств нашли наибольшее применение. В стендах для легковых автомобилей наибольшее применение нашли моноблочные конструкции опорных роликов (барабанов).

5. 8. Лабораторная работа № 22 общее диагностирование автомобиля по определению тягово-экономических показателей

Цель и содержание работы. Основными характеристиками автомобиля, определяющими его техническое состояние и эффективность эксплуатации, являются мощностные и экономические показатели. Диагностирование автомобиля Д-2 предусматривает определение мощности на ведущих колесах и расход топлива под нагрузкой. Для определения этих показателей применяются динамометрические стенды или стенды тяговых качеств автомобиля, которые позволяют имитировать скоростные и нагрузочные режимы работы.

Основная цель работы — научить учащихся практическому определению основных тягово-экономических показателей на специальных стендах, сравнить их с расчетными данными и произвести общее техническое заключение по автомобилю.

Содержание работы: изучить меры безопасности, ознакомиться с общим устройством, управлением и работой тягового стенда и расходомерами топлива, рассчитать нормативную силу тяги, измерить расход топлива и максимальную силу на прямой передаче, сравнить эти величины с нормативными и произвести техническое заключение.

Контрольно-диагностическое оборудование. Лабораторная работа должна выполняться на специализированных постах (см. рис. 67 и 68), оборудованных динамометрическими стендами, приборами для замера расхода топлива, ходовым автомобилем, комплектом инструмента и приспособлениями.

Динамометрический стенд К409М (рис. 89) предназначен для определения силы тяги на ведущих колесах легкового автомобиля и расхода топлива, а также для создания нагрузочных и скоростных режимов при диагностировании. Стенд состоит из беговых спаренных барабанов 5 с гидравлическим тормозом, пульта управления 2, дистанционного пульта управления 3 и вентилятора 1. От смещений на стенде автомобиль удерживается упорами 6, а для отвода отработавших газов к глушителю присоединяется трубопровод 4. Для определения расхода топлива на различных скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя топливная система подключается к расходомеру стенда. Тип стенда — стационарный, роликовый, силовой. Диапазоны измерения: тяговой силы 0—250 Н, скорости 0-150 км/ч, времени 0—99 с; давления сжатого воздуха 0,4—1,0 МПа.

Стенд тяговый К485Б (см. рис. 50) аналогичен по устройству стенду К409М, но имеет автоматическое регулирование нагрузки на ведущие колеса автомобиля.

Динамометрические стенды К424 и К367М предназначены для определения тягово-экономических показателей грузовых автомобилей и автобусов. Общее устройство тяговых стендов аналогично, за исключением тормозных и нагрузочных систем.

Расходомер автомобильных бензинов К427 (рис. 90) — переносной фотоэлектрический прибор непрерывного действия, позво­ляет измерять мгновенный и суммарный расходы топлива. Расходомер состоит из датчика 1 и регистрирующего устройства 2. Тип датчика — турбинный, подключается непосредственно к системе питания между карбюратором и топливным насосом. Регистри­рующее устройство выполнено на полупроводниковых элементах, на лицевой панели размещены счетчик импульсов 3 и индикаторы показаний. Принцип работы расходомера основан на пропор­циональности расхода топлива и числа оборотов ротора датчика, которые регистрируются фотоэлементом.

Расходомер для дизеля (рис. 91) предназначен для измерения расхода топлива при диагностировании автомобилей с дизельными двигателями на тяговых стендах. Расходомер состоит из датчика расхода (рис. 91, а), электронного блока преобразования и

управления 8 (рис. 91, б). Основными частями датчика являются мерный цилиндр 1 с поршнем 2 и штоком 4, редукционный клапан 3, электромагнитный клапан 9, концевые переключатели 6 и 7, ограничивающие перемещение поршня, а шток 4 связан с движком реохорда 5, с которого снимается электрический сигнал. Датчик расходомера включается в линию подачи топлива между фильтром тонкой очистки и ТНВД. Принцип действия расходомера основан на измерении времени расхода известного (заданного) объема топлива при определении суммарного количества расходуемого топлива, а мгновенного — на измерении скорости изменения известного объема топлива при его расходе.

Состав и порядок выполнения работы. 1. Проверка автомобиля на топливную экономичность:

нажать на выключатель клапана выпуска воды из гидротормоза и разгрузить тормоз, установить автомобиль на беговые барабаны тягового стенда и закрепить его, соединить выпускную трубу с газоотводом и прогреть двигатель до нормального теплового режима, присоединить расходомер к системе питания двигателя и заполнить систему топливом;

установить расчетную нагрузку на ведущие колеса автомобиля и задать скорость движения (см. табл. 1.1);

определить путь, пройденный автомобилем на стенде и по переводной таблице определить расход топлива в литрах на 100 км;

записать полученные данные в карту измерений, сравнить их с нормативными значениями (см. табл. 1.1) и произвести техническое заключение.

2. Проверка автомобиля на максимально развиваемую тяговую силу: довести скорость движения автомобиля на прямой передаче до необходимой величины (см. табл. 1.1) на тяговом стенде и поддерживать ее постоянной; постепенно увеличивать нагрузку на ведущие колеса.

При этом с целью поддержания необходимой скорости увеличить подачу топлива до полного открытия дросселя, зафиксировать максимальную силу тяги на ведущих колесах Р_м и сравнить ее с расчетной Р’_м:

где М_{кp max} максимальный крутящий момент двигателя, Н-м; КПД_тр — коэффициент полезного действия трансмиссии; i_тр — передаточное число трансмиссии; r_к — радиус колеса, м.

Полученные данные занести в карту измерений, сравнить с нормативными значениями (см. табл. 1.1) и произвести техническое заключение.

3. Проверка элементов технического состояния трансмиссии ходовой части автомобиля:

контрольной линейкой проверить свободный ход педали сцепления и отрегулировать его нормальную величину;

люфтомером проверить техническое состояние коробки передач, карданной и главной передач; при необходимости устранить выявленные неисправности;

проверить состояние протектора и давление воздуха в шинах; при необходимости подкачать шины.

4. Проверка элементов технического состояния систем питания и зажигания:

измерить газоанализатором содержание СО в отработавших газах; проверить минимальную частоту оборотов коленчатого вала и при необходимости отрегулировать;

проверить стробоскопом установку зажигания и при необходимости отрегулировать.

5. Повторный замер тягово-экокомических показателей производится после проведения дополнительных диагностиче­ских и регулировочных операций согласно порядку (рис. 92):

Установить автомобиль на стенд и присоединить к приборам;

Проверить расход топлива и силу тяги, провести техническое заключение;

Проверить элементы трансмиссии и ходовой части;

Отрегулировать свободный ход педали сцепления;

Устранить люфты в трансмиссии;

Проверить элементы системы питания;

Проверить элементы системы зажигания;

Отрегулировать угол опережения зажигания;

Проверить компрессию в цилиндрах двигателя;

Подтянуть крепление головки цилиндров.

Полученные данные внести в карту измерений и сделать техническое заключение о состоянии двигателя, а также общее заключение об экономичности эксплуатации автомобиля.