Základy technické diagnostiky strojů

Základy technické
diagnostiky
Technická diagnostika – základní úkoly
Základní požadavky na stav stroje:
-
bezvadný
spolehlivý
ekonomický
bezpečný
Zabezpečení požadavků:
-
kvalitní konstrukcí a výrobou
péče po celou dobu užívání stroje
Příklady:
- i nejkvalitnější systém vozidlových brzd je třeba čas od času prověřit,
zanedbáním se riskují životy lidí a případně zničení vozidla
- zvýšení spotřeby paliva o 5 až 10 % v důsledku náhodné avšak dlouho trvající
poruchy automobilu může způsobit ekonomické ztráty ve výši 15 až 20 %
pořizovací ceny automobilu
1
Ekonomika diagnostiky
DIAGNÓZA – výrok o technickém stavu diagnostikovaného objektu, tj. o existenci
či rozsahu poruchy.
PROGNÓZA – výrok o pravděpodobném vývoji technického stavu objektu
Základní úkoly diagnostiky:
V rámci diagnózy technického stavu:
odhalovat skryté poruchy
identifikovat místa a rozsah vzniku poruch a jejich příčiny
charakterizovat ekonomické, ekologické a bezpečnostní důsledky
eventuálního dalšího provozu bez obnovy
dále pak v prognóze technického stavu rozhodnout o:
potřebných údržbářských a opravárenských úkonech
o účelném ukončení provozu (stroje, strojní skupiny)
o jeho případné prodejní ceně
Účelnost uplatnění technické diagnostiky
Problematika aplikace diagnostiky v různých odvětvích je do určité míry
společná, má ovšem své specifické zvláštnosti a požadavky formulované
podmínkami, při nichž stroje pracují.
Příklady – zemědělství, stavebnictví:
časově proměnný vliv rizika poruchy
prostorové rozmístění strojů na velkém území
Hlavním kritériem aplikace diagnostiky je kritérium ekonomické, doplněné
kritériem bezpečnosti a ekologičnosti provozu.
I z hlediska fyzické osoby je jasné, že např. diagnostiku svého vozu nebude
provádět pokud:
a) nebude mít pozitivní vliv na ekonomiku provozu vozidla (např.
snížení nadspotřeby paliva, opotřebení pneumatik, …
b) nezvýší bezpečnost provozu (brzdy, airbagy, …)
c) nezlepší ekologičnost provozu – zamezí zákonným sankcím
Totéž, a mnohem důrazněji, platí i z podnikového hlediska. Podnik diagnostiku
nebude provádět, pokud k tomu nebude donucen bezpečnostními či
ekologickými aspekty, nebo pokud mu nepřinese zisk - snížení ztrát.
2
V komplexním pojetí má diagnostika následující formy uplatnění:
A. Průběžná preventivní diagnostika
Jejím úkolem je ve stanovených intervalech zjišťovat technický stav stroje
a při jeho nepřípustném zhoršení provést opatření – údržba, oprava,
výměna.
Např.: Preventivní vibroakustická diagnostika ložisek, jejímž úkolem je
zabránit takovému zhoršení TS ložiska, které by vedlo např. k výrobě
zmetků nebo k havárii stroje.
B. Preventivní diagnostika před opravou
Má za úkol zjistit před opravou stroje jeho technický stav, rozsah poškození a tím
i rozsah a způsob opravy.
Např.: Před posezónní opravou cukrovarnické linky se diagnostikují jednotlivé
prvky linky a na základě diagnózy a prognózy TS se určí rozsah opravy, naplánují
potřebné náhradní díly, profese opravářů, harmonogram opravy apod.
C. Následná diagnostika po poruše
Zjišťuje, proč se porucha stala a co je nutné provést k jejímu odstranění.
Např.: Motor nelze nastartovat – je třeba odhalit závadu a odstranit ji.
Kdy je účelná aplikace preventivní diagnostiky?
úspory z diagnostiky > náklady na diagnostiku
Hlavní zdroje úspor z diagnostiky:
1. Odhalením nesprávně nastavené hodnoty a jejím seřízením
a) přímé snížení nákladů na provoz (např. snížení spotřeby paliva)
b) zpomalení procesu opotřebení, tzn. prodloužení životnosti (např. zvýšení
životnosti pneumatik seřízením geometrie podvozku)
2. Odhalením procesu směřujícího k havarijní poruše
a) odstranění ztrát vlivem závislých poruch
b) výrazné omezení prostojů stroje
c) snížení nákladů na přesčasy při následných opravách
d) snížení nákladů na skladové zásoby
3. Provozem strojů ve shodě s právními normami a předpisy
a) zlepšení životního prostředí (eliminace ekologických sankcí – pokut)
b) zvýšení bezpečnosti provozu
Důsledek preventivní diagnostiky - trvale dobrý technický stav stroje,
vysoká spolehlivost, bezporuchovost, pohotovost, …
3
Náklady na diagnostiku:
a) na diagnostické přístroje
b) mzdové náklady
c) režijní náklady
d) na prostoje a event. i dopravu stroje na diagnostiku
e) náklady vyplývající z úrovně jakosti použitého diagnostického signálu,
tedy z přesnosti diagnózy a prognózy technického stavu
vp(t)
Bez
diagnostiky
vp(t)
vp(t)
Drahá a
přesná
diagnostika
vp(t)
Levná a
nepřesná
diagnostika
Levná a
přesná
diagnostika
vp(t)
Kombinace
diagnostiky
Příklad - seřizování vstřikovacího čerpadla:
Pokud není trojcestný ventil
dokonale těsný, může při
příprava
měření
vypouštění
měření dojít k úniku do vratné
větve - část dodaného paliva
nejde do odměrky.
ze
vstřikovače
Důsledek - je naměřena nízká
dodávka, i když je ve
skutečnosti v pořádku.
Seřízení čerpadla na vyšší
vratná
větev
dodávku, podle přístroje
správnou, ale reálně
zvýšenou.
4
Příklady uplatnění diagnostiky: vliv obsluhy, LIAZ 100
„nedbalá“ obsluha
„dobrá“ obsluha
520
g/kWh
470
420
370
320
270
220
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
diagnostické údržby
po příjezdu
na diag. údržbu
po diag. údržbě
změna
řidiče
Stanovení optimálního intervalu diagnostiky
mx
Zp
vP(t)
mI
ID
Výrazné snížení ztrát nadspotřebou paliva zkrácením intervalu ID:
ID
ID
ID
ID
Ale pak za stejné období čtyřnásobné náklady na diagnostickou údržbu!
5
Stanovení optimálního intervalu diagnostiky
- nalezení minima součtu průměrných jednotkových nákladů
po zdražení paliva
uZP(t) - ztráty nadspotřebou paliva
u(t)=uZP(t)+uD(t)
nutí uživatele interval diagnostiky
maximálně zkrátit
u(t)
[Kč/hmt]
uD(t) - náklady na diagnostiku
nutí uživatele interval diagnostiky
maximálně prodloužit
0
IDopt
t [hmt]
Diagnostické postupy
Diagnostický postup lze stručně
definovat jako doporučenou
posloupnost diagnostických
úkonů, prováděnou za účelem
zjištění technického stavu objektu.
Cílem aplikace diagnostického
postupu není pouze naměření
fyzikálních veličin, ale vyslovení
diagnózy a prognózy o
technickém stavu
diagnostikovaného objektu.
Diagnostické postupy:
•
prosté
•
větvené
6
Prostý diagnostický postup
Diagnostické úkony (měření) jsou prováděny v pevně stanoveném sledu bez
ohledu na naměřené hodnoty. V současné době je používán téměř výhradně pro
dokumentaci technického stavu např. při revizních měřeních.
Výhoda – jednoduchost
a nenáročnost pro
obsluhu
Nevýhoda – vysoká pracnost,
časová náročnost a
neefektivnost
Větvený diagnostický postup
Postup je
logicky větven,
následující
diagnostické
měření se
provádí na
základě
vyhodnocení
diagnostické
veličiny
naměřené v
předchozím
kroku.
7
Hlavní výhodou větveného DP je nízká průměrná pracnost – detailně se
diagnostikují jen ty objekty, kde je to třeba, objekty v dobrém technickém stavu
velmi rychle diagnostiku opouští, pokud je u nich naměřena vyhovující hodnota
souhrnného diagnostického signálu.
Zásady sestavování větveného diagnostického postupu:
a) Jako první v pořadí jsou prováděna měření poskytující co nejsouhrnnější
diagnostický signál – dávají o stavu diagnostikované skupiny co nejúplnější
informaci. Tento souhrnný ukazatel technického stavu (SUTS) rozdělí
diagnostikované skupiny poměrně s malou pracností na „dobré“ (úroveň souhrnného
ukazatele je v mezích) a „špatné“(úroveň souhrnného ukazatele není v mezích).
Podrobně se dále diagnostikují pouze „špatné“, u „dobrých“ je diagnostika velmi
rychle ukončena.
Příklad SUTS – měrná spotřeba paliva motoru, výkon zdrojové soustavy, …
b) Při dodržení zásady a) dále preferovat úkony s malou pracností před ostatními. V
mnoha případech se tak lze vyhnout velmi pracným úkonům a diagnostika bude s
poměrně malou pracností ukončena.
Např.: při podezření na problém s dodávkou paliva je vhodné nejdříve změřit úhel
předvstřiku a teprve až po eventuálním zjištění, že úhel předvstřiku není příčinou
závady, přistoupit k pracnému měření parametrů vstřikovacího čerpadla.
c) Po jakémkoli seřízení či provedené obnově návrat na měření souhrnného
diagnostického signálu – zjistit, zda již nebyla závada odstraněna.
8
Příklad – diagnostika zdrojové soustavy automobilu, která je v pořádku:
Prostý postup:
demontáž alternátoru a jeho testování na zkušební stolici
demontáž regulátoru a jeho diagnostika
zkoušky akumulátoru
…
Po cca 4-6 hodinách přijdu na to, že je vše v pořádku a ve zdrojové soustavě
závada není!
Větvený postup:
zapojím na vozidlo voltmetr a ampérmetr
změřím výkon zdrojové soustavy a porovnám ho s nominálním
…
Po cca 5 minutách zjistím, že je vše v pořádku a ve zdrojové soustavě závada
není!
Metody technické diagnostiky – subjektivní a objektivní
Objektivní diagnostické metody:
Subjektivní diagnostické metody:
Objektivní diagnostické metody využívají
moderní měřící techniku a výsledkem je
skutečná hodnota provozního parametru.
•zejména jednoduché metody spjaty s
historií technické diagnostiky
•pozorování typických vnějších projevů
strojů
•rozhoduje subjektivní vyhodnocení
pracovníka
•potřeba kvalifikovaného a zkušeného
pracovníka
•mnoho metod se uplatňuje i v
současnosti a vhodně doplňuje moderní
měřící metody
(výkon – 50 KW, 100 KW) objektivně
konkrétní hodnota, subjektivně pocit
rozdílu zrychlení
•v některých případech v praxi zcela
nenahraditelné
9
Kontrola podvozku železničních vagónů
Objektivní metoda – analýza ultrazvukového a infračerveného spektra při
průjezdu vlaku vhodně rozmístěnými senzory
Subjektivní metoda – poklep kladívkem a hodnocení rezonance (uvolněné
spojení, začínající únavový lom
Subjektivní diagnostické metody
•
•
mohou sloužit jako diagnostické metody souhrnné, které dávají v případě
potřeby impuls pro další důkladnou objektivní diagnostiku
nelze tyto metody však přeceňovat, protože jsou značně závislé na
zkušeném a kvalifikovaném pracovníkovi, který je realizuje
Využití lidských smyslů:
•
•
•
•
•
Zrak
Sluch
Čich
Hmat
Chuť
10
Subjektivní posouzení technického stavu
•
•
•
•
•
•
subjektivně jako řidič nebo spolujezdec
horší stav vozovky (tlumiče, pérování, vůle …)
přenos vibrací do volantu (v závislosti na rychlosti vozidla)
nerovnoměrnost brzd, kopání brzd
přímý směr jízdy (geometrie, pneumatiky …)
rampa (manžety, brzdy, výfuk, podběhy, pneumatiky …)
Manžety a těsnění
11
Karoserie
Motor
12
Posouzení některých produktů stroje - exhalace
Barva výfukových plynů
traktorového nebo vozidlového
vznětového motoru svědčí do
určité míry o jeho technickém
stavu.
Černý kouř - je způsoben v naprosté většině případů nedostatkem vzduchu při hoření
paliva (znečištění vzduchového filtru, zvýšení dodávky paliva vstřikovacím čerpadlem,
špatný funkce vstřikovačů …)
Světlý kouř vznětového motoru bývá způsoben nízkou teplotou motoru. Zůstane-li
barva kouře stejná i po zahřátí motoru, je to zpravidla známkou vnikání chladicí
kapaliny do spalovacího prostoru.
Kouř modravého zabarvení u vznětového i zážehového motoru je vždy známkou
zvýšeného spalování oleje, který vniká do spalovacího prostoru netěsnými pístními
kroužky nebo vodítky ventilů.
Kontrola kouřivosti spalovacího motoru
•
příklad vizuální kontroly kouřivosti spalovacího motoru ukazuje na další
nedostatek, projevující se u některých subjektivních diagnostických metod
•
vizuální kontrolou nelze v tomto případě klasifikovat příčinu a rozsah
příslušné poruchy. Někdy však ani nelze, jako je tomu u černého kouře,
kvalitativně určit, o jakou poruchu jde
•
přesto však má vizuální kontrola kouřivosti oprávněné místo v systému
diagnostiky spalovacího motoru jako jeden ze souhrnných diagnostických
signálů, přinášejících informaci kontinuálně a bez jakýchkoliv nákladů
•
Je-li této informace vhodně využito, může přinést pouze zisk v podobě
včasného pokynu k detailní přesné diagnostické prověrce a tím i včasnému
odstranění poruchy
13
Technická stetoskopie
•
v rozsahu slyšitelné frekvence lze
akustické kmity vybuzené činností
opotřebených mechanismů
snímat a využívat k diagnóze
přímo nebo pomocí jednoduchého
přístroje, technického
stetoskopu
•
Dotykový vlnovod je pevně spojen
s membránou rezonanční
komory, která mívá seřiditelnou
velikost vnitřního prostoru a tím i
možnost změny vlastní frekvence.
Je tak umožněno alespoň
částečně potlačit rušivé vlivy
nežádoucích frekvencí a
orientovat se na akustické
impulsy vyvolané hledanou
poruchou
1 - koncovky do uší 3 - rezonanční komora
2 - pryžová hadice 4 - dotykový vlnovod
Odposlouchávání akustických projevů pracujícího
pístového spalovacího motoru
1
2
3
1. oblast ventilů
2. oblast pístu
3. oblast klikového hřídele motoru
14
Vyhodnocení stetoskopie motoru
•
Vůle hlavních ložisek - nevýrazné kovové údery v oblasti uložení hřídele v
bloku. Zvuky jsou dobře znatelné při zvýšeném zatížení motoru nebo při velmi
malé frekvenci otáček, kdy již spalovací motor pracuje nepravidelně.
Vůle ojničních ložisek - méně intenzivní údery než u ložisek hlavních. Nejlepší
slyšitelnost je při malém zatížení motoru a při náhlém vzrůstu otáček při tzv.
chodu naprázdno. Postupné vyřazování jednotlivých válců z činnosti umožňuje
rozpoznat, které ložisko má zvýšenou vůli.
Vůle pístu ve válci - odposlechem stetoskopem obtížně zjistitelná. Přestože
dotykovou jehlou stetoskopu jsou snímány akustické vlny v oblasti pohybu pístu,
lze tyto vlny obtížně odlišit od zvuků způsobených ostatní činností motoru. (Je-li
podezření na velkou vůli pístu, nalije se do válce otvorem pro svíčku nebo
vstřikovač menší množství hustého motorového oleje, klikový hřídel se ručně
protočí a potom se motor spustí. Zmizí-li dříve zjištěné akustické projevy,
podezření je potvrzeno.
Vůle v uložení pístního čepu - zvonivý kovový zvuk při chodu motoru
naprázdno. Zvuk připomíná údery malého kladívka na kovadlinu. Při zvyšování
otáček motoru se zvuk ještě zvýrazní.
Vůle zdvihátka v pouzdře - klepání. Údery se vzhledem k převodovému poměru
na vačkový hřídel opakují s poloviční frekvencí ve srovnání s frekvencí zvuků
ostatních (klepání může být též způsobeno velkou vůlí mezi ventilovou tyčkou a
vahadlem - v tomto případě však příznaky zmizí po správném seřízení vůle).
•
•
•
•
•
Samozápaly směsi u zážehových motorů se projevují zvonivým kovovým
zvukem a po ochlazení motoru zmizí. Podobně je tomu u detonačního
průběhu hoření směsi, kde však projev zmizí při použití benzínu s
vyšším oktanovým číslem nebo i pouhým obohacením směsi.
Stetoskop se používá i u dalších strojních skupin:
• převodovky
• rozvodovky
• ložiska pojezdových kol
Přesnost diagnózy je však velmi malá, zejména při nevýrazné, postupně
narůstající poruše.
Diagnóza není vyjádřena kvantitativně a nelze tedy ani na tomto podkladě
vyslovit prognózu.
15
Technická endoskopie
•
v některých případech poruch vnitřních částí mechanismů lze použít metodu
vizuálního posouzení poškozeného objektu pomocí k tomu určeného přístroje,
tzv. endoskopu
Endoskop s pevným tubusem
1 – okulár
2 – tubus
3 – objektiv
4 – světelný zdroj
5 – zkoumaný objekt
Endoskop
Základní části endoskopu jsou:
• soustava čoček, okuláru a objektivu
• dále pak tubus různé délky podle povahy a velikosti zkoumaného objektu
• součástí objektivu je též intenzívní zdroj světla, zpravidla nízkonapěťová
halogenová žárovka
• objektiv bývá vzhledem k požadované univerzálnosti vyměnitelný, a je tak
umožněno pozorování různými směry pod různým zorným úhlem
• pozorovat poškozený objekt lze ve všech případech, kdy se k němu podaří s
objektivem proniknout, a to bez ohledu na světelné podmínky
16
•
•
•
•
V běžné strojírenské praxi je však použití endoskopu značně omezeno,
protože konkrétní provedení různých převodovek, rozvodovek, spojkových a
klikových skříní je zpravidla natolik kompaktní, že zde pro tubus endoskopu
nebývá místo. Mnohdy by však bylo možno problém řešit malou konstrukční
úpravou včetně vhodných vstupních otvorů.
Protože s použitím endoskopu zatím konstrukce zpravidla nepočítá,
využívají se různé nalévací a odvzdušňovací otvory skříní převodovek při
prověrce ozubených kol a zasouvacích mechanismů, běžné kontrolní otvory při
prověrce spojek, otvory pro svíčku nebo pro vstřikovací ventil při prověrce
opotřebení pístů apod.
Běžné jsou již typy využívající malou televizní kameru s přenosem na
obrazovku včetně fotografického dokumentárního záznamu zkoumaného objektu.
Možnost širšího využití technické endoskopie se jeví v souvislosti s rozvojem
optiky světlovodných vláken. Svazek speciálních skleněných vláken, z nichž
každé je opatřeno reflexním obalem, dokáže přenést světelný obraz na
vzdálenost 6 m s ještě postačující intenzitou 15% vstupního světelného toku
(není třeba zdroj světla na konci tubusu, omezená schopnost přenosu detailů).
Například: vlákna o průměru 0,02 mm ve svazku o průměru 6 mm přenášejí obraz,
který je svojí kvalitou srovnatelný s obrazem přenášeným průmyslovou televizí
Základy technické
diagnostiky
17