Устройство технических средств диагностирования

2.1. Методы диагностирования и их краткая характеристика

Технические средства диагностирования связаны с методами диагностирования, которые определяются физическими процессами, которые регистрируются с целью получения диагностической информации. В настоящее время существует множество методов диагностирования, которые характеризуются сложно­стью системы диагностирования и сложностью струк­туры объекта диагностирования.

Рассмотрим классификацию некоторых методов диагностирования, основанную на применяемых для диагностирования физических процессов - носителей информации.

Методы Диагностирования

Тепловой

Акустические

Спектрального Анализа

Оптический

Газоаналитический

Физические Неразрушающие

Ультрозвуковой

Виброакустические

Наиболее распространенные методы диагностирования в локомотивном хозяйстве следующие:

Виброакустические - не требуют разборки агрега­тов и узлов локомотива, данный метод основан на процессах возникающих в узлах трения и сопряжения деталей при рабочих режимах функционирования объек­та. Работа этих узлов сопровождается шумами и вибра­цией, по которым, можно оце­нить состояние механизма.

Вибрации механизма - это реакция на действие возмущающих сил, возникающих при взаимодействии частей механизма. При работе узлы трения изнашива­ются, появляются зазоры, слабнут болтовые соедине­ния, появляется подвижность узлов и в результате уве­личиваются силы взаимодействия этих частей, что вы­зывает увеличение вибраций

Тепловой метод - основан на анализе теплового излучения деталей, элементов и устройств при их функционировании.

Интенсивность теплового излучения зависит от электрических параметров электроаппаратуры и элек­трических машин, а также от скрытых дефектов в узлах трений и сопряжений. Изменение характеристик тепло­вого излучения свидетельствует об изменении режима работы устройства. Иногда увеличение интенсивности теплового излучения свидетельствует о локальных пе­регревах, связанных с наличием дефектов, по способу получения информации об интенсивности излучения эти методы делятся на контактные и бесконтактные.

Контактные методы предполагают непосредст­венный контакт теплового датчика с поверхностью де­тали. Бесконтактные - основаны на способности излу­чать энергию пропорциональную температуре. Для ре­гистрации тепловых лучей в настоящее время исполь­зуют тепловизоры.

Оптические методы основаны на осмотре поверхности деталей, используя отражательные свойства поверхностей. Обычно оптический метод требует раз­борки детали, но в настоящее время используют эндо­скопы для которых на объекте диагностирования фор­мируют специальные люки или отверстия. Газоаналитические методы основаны на определении скорости потока воздуха, его температуры, давлении, а так же химический состав выхлопных газов. Имея эталонные данные рассматриваемых параметров, можно определить техническое состояние дизельного и карбюраторного двигателей. Этот метод нашёл приме­нение при диагностировании тепловозных дизелей.

Методы спектрального анализа вещества — ис­пользуют физико-химические методы анализа масел и смазочных материалов. Чем больше концентрация про­дуктов износа, тем сильнее износ деталей в узлах.

Иногда в смазочном материале можно обнаружить продукты не полного сгорания топлива, что позволяет с помощью спектрального анализа определять состояние таких узлов как поршни дизеля, уплотнительные коль­ца и т.д.

Физические (неразрушающие) методы позволяют обнаруживать не только явные дефекты, но и скрытые, для выявления которых в существующей документации не предусмотрены соответствующие правила и методы. Этими методами можно анализировать структуру и физико-химические свойства материала, соответствие их стандарту.

В локомотивном хозяйстве различают и применя­ют следующие методы неразрушающего контроля: магнитная и ультразвуковая дефектоскопия, капилляр­ная дефектоскопия, цветная и люминесцентная дефек­тоскопия.

При капиллярной дефектоскопии деталь окунается в смесь топлива с маслом, а затем осуществляется меловая обмазка. Таким методом можно обнаруживать трещины большого размера (длиной до 0,001 мм и глу­биной 0,03 мм).

Цветная и люминесцентная дефектоскопия по тех­нологии применения аналогичны, но в люминесцент­ной дефектоскопии используется в качестве прони­кающей жидкости авиационное или трансформаторное масло, продукты переработки нефти, которые при об­лучении их ультрафиолетовыми лучами начинают светиться, обозначая контуры дефекта.

2.2. Структура технических средств для диагностирования объектна

Объект

Комплекс технических средств

Алгоритм диагностирования

Тестовое или рабочее воздействие

Диагноз-результат реализации алгоритма диагностирования

Общая структурная схема процесса диагностиро­вания.

Решение этой задачи невозможно без современны; технических средств, которые позволяют регистрировать сигналы, получаемые от объекта диагностирования, кодировать их, преобразовывать в удобную для хранения и анализа формулирования и обработки сигнала получают диагностиче­ские знаки, а по ним - параметры диагностирования, по которым с помощью алгоритма постановки диагноза судят о состоянии объекта.

Техническиесредства решаютследующие задачи: регистрации и преобразование сигналов объекта в удобную для дальнейшего преобразования форму;

преобразование сигнала в форму, удобную для обработки и хранения обработанной информации,

Рассмотрим структурную схему технических средств диагностирования независимо от применяемых методов диагностирования.

Наиболее общая структура средств диагностиро­вания представляет из себя следующее

Преобразователи сигнала: 1.Согласующие устройства 2.Усилитель электрического сигнала 3.Фильтры электрических сигналов 4.Аналого- цифровой преобразователь

Вычислительное устройство первичной цифровой обработки сигнала

Устройство Хранения информации

Датчик

ПОанализа информации и принятия решений

Человек эксперт (диагност)

все технические средства анализируют получае­мые от объекта сигналы в электрические. Это осущест­вляется с помощью преобразователе называемых дат­чиками.

Электрические сигналы с датчиков преобразуются в электрические напряжения такой величины, чтобы их можно было передавать по проводам на расстояние на 20-30 м к преобразователю, который переводит их из аналоговой (непрерывной) формы в цифровую (дис­кретную) форму.

Цифровая форма необходима для применения средств вычислительной техники для дальнейшей обработки сигнала с целью получения диагностической информации.

Затем с помощью программных средств диагно­стическая информация обрабатывается для получения диагностических показателей, на основании анализа которых ставится диагноз. В соответствии с применяемыми методами диаг­ностирования имеются датчики для получения различ­ных параметров физических процессов, описывающих их протекание во времени.

Процессы, протекающие или происходящие в фи­зических или технических системах, характеризуются

Так колебательные процессы характеризуются, ам­плитудой, периодом или частотой.

т

А

Импульсные процессы характеризуются в зависи­мости от их характера: одиночный импульс - амплиту­дой, длительностью импульса и длительностью фрон­тов (Г_Пф - длительность переднего фронта; Г - длительность заднего фронта); периодические импульсы -амплитудой, длительностью импульса, частотой следо­вания и т.д.

Т1

Т

А

i

i

Тпф

A

Т

Процессы, происходящие в системах любой физи­ческой природы (электрическая, механическая, гидрав­лическая) могут носить импульсный, колебательный, случайный или смешанный характер.

Параметры этих процессов могут быть приняты за диагностические параметры.

Таким образом, первая задача технических средств состоит в регистрации процессов в технических систе­мах и преобразования их в электрический сигнал.

Механическая система.

В этой системе необходимо преобразовывать ме­ханические процессы, происходящие в системе, кото­рые характеризуются ускорениями {z ), скоростями (z ) и перемещениями (z).

В некоторых случаях используются более сложные характеристики: силы, частотные характеристики, импедансы, напряжения, деформации.

Электрическая система.

В этой системе используются сигналы одной фи­зической природы, поэтому преобразования сводятся к измерению уровней электрических сигналов (токов и напряжений) и защите от высоких потенциалов опас­ных для приборов и людей.

В некоторых случаях используются более слож­ные характеристики: магнитные потоки, мощность, температура.

Гидравлическая система.

В этой системе используются сигналы, которые нужно преобразовывать в электрические сигналы: дав­ление, скорость потока жидкости, расход жидкости и

2.3. Датчики для измерения диагностических, сигналов

2.3. Датчики ускорений

Частой при диагностировании механического

оборудования в качестве диагностических сигналов используют зависимости скоростей и ускорений вибра­ций каких-либо деталей в функции времени, для изме­рения этих величин необходим датчик, который ис­пользуется для измерения ускорений, а скорость полу­чается затем однократным интегрированием ускорения в функции времени.

В основе построения датчика ускорений использу­ется динамический принцип измерений колебаний. Он заключается в том, что с помощью инерционной схемы (это масса, закреплённая на пружинке) создаётся сис­тема координат, в которой измеряются перемещения или ускорения колеблющегося тела. Зная соотношение характеристик инерционной схемы и характеристикных перемещений (ускорений) к перемещениям в неко­торой неподвижной систем координат, т.е. к действи­тельным перемещениям.

Например, когда масса объекта велика, ее упругие связи с колеблющимся объектом податливые. В свою очередь, частота исследуемых колебаний сравнительно велика, система координат, связанная с инерционной схемой (т-к), может рассматриваться как неподвиж­ная и относительные перемещения оказываются прак­тически равны действительным. При указанных усло­виях масса практически не перемещается и является «моделью земли» и относительно нее перемещается масса М (объект).

м

М

Н

Y(t)

Z(t)

В настоящее время для измерения колебаний ис­пользуют электрические методы, особенностью кото­рых является то, что механический параметр преобра­зуется о электрическую величину, которую можно лег-

Теория инерционного метода.

Схема инерционного прибора представляет собой массу прикреплённую с помощью упругого элемента к корпусу прибора, который жёстко закреплен на объекте совершающем колебания. Движения массы относи­тельно корпуса демпфируется.

Z(t)

Y(t)

z

k

m

Устройство пьезоэлектрическогодатчика ускорений

Перемещение объекта, измеряемое координатой z(t) служит причиной вынужденного перемещения массы относительно корпуса прибора. Чтобы судить о движении объекта, необходимо знать, как зафиксиро­ванная регистрирующим устройством функция y(t)

действительно отображает движение конструкции z{t), т.е. необходимо знать функцию у = f\z),

Движение такой системы описывается уравнением

ту + су + ку = mz ,

где т - инерционная масса датчика;

к - коэффициент жёсткости пружины; с - коэффициент демпфирования. После преобразования получим

у + 2Ју + (й²₀у = z,

где ш₀ = — - собственная частота колебаний

Vт

Р» па ,