Základy technické. diagnostiky

Transkript

1 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

2 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

3 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

4 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 v p (t) v p (t) v p (t) Bez diagnostiky Drahá a přesná diagnostika v p (t) Levná a nepřesná diagnostika Levná a přesná diagnostika v p (t) Kombinace diagnostiky Příklad - seřizování vstřikovacího čerpadla: příprava měření vypouštění Pokud není trojcestný ventil dokonale těsný, může při měření dojít k úniku do vratné větve - část dodaného paliva nejde do odměrky. ze vstřikovače vratná větev Důsledek - je naměřena nízká dodávka, i když je ve skutečnosti v pořádku. Seřízení čerpadla na vyšší dodávku, podle přístroje správnou, ale reálně zvýšenou. 4

5 Příklady uplatnění diagnostiky: vliv obsluhy, LIAZ 100 nedbalá obsluha dobrá obsluha g/kwh diagnostické údržby po příjezdu na diag. údržbu po diag. údržbě změna řidiče Stanovení optimálního intervalu diagnostiky m x v P (t) Z p m I ID Výrazné snížení ztrát nadspotřebou paliva zkrácením intervalu I D : I D I D I D I D Ale pak za stejné období čtyřnásobné náklady na diagnostickou údržbu! 5

6 Stanovení optimálního intervalu diagnostiky - nalezení minima součtu průměrných jednotkových nákladů po zdražení paliva u(t) [Kč/h mt ] u(t)=u ZP (t)+u D (t) u ZP (t) - ztráty nadspotřebou paliva nutí uživatele interval diagnostiky maximálně zkrátit u D (t) - náklady na diagnostiku nutí uživatele interval diagnostiky maximálně prodloužit 0 I Dopt t [h mt ] 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

7 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

8 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 seřízeníči provedené obnově návrat na měření souhrnného diagnostického signálu zjistit, zda již nebyla závada odstraněna. 8

9 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. (výkon 50 KW, 100 KW) objektivně konkrétní hodnota, subjektivně pocit rozdílu zrychlení 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 v některých případech v praxi zcela nenahraditelné 9

10 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

11 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

12 Karoserie Motor 12

13 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

14 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 1 - koncovky do uší 2 - pryžová hadice 3 - rezonanční komora 4 - dotykový vlnovod 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 Odposlouchávání akustických projevů pracujícího pístového spalovacího motoru oblast ventilů 2. oblast pístu 3. oblast klikového hřídele motoru 14

15 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 ostatníčinností 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

16 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

17 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