Metody měření provozních parametrů strojů otáčky, teploty, tlaky, těsnosti Například: Provozní otáčky a jejich využití v diagnostice Provozní otáčky různých mechanismů diagnostický signál VSTUPNÍ - definuje podmínky ostatních měření diagnostický signál VÝSTUPNÍ - charakterizuje technický stav stroje například maximální dosažitelné, tzv. přeběhové otáčky vznětového motoru, jsou charakteristickým signálem pro posouzení technického stavu regulátoru vstřikovacího čerpadla (odhalí svévolný zásah obsluhujícího pracovníka do mechanismu regulace za účelem zvýšení výkonu motoru) dosažené otáčky odstředivého čističe oleje svědčí o jeho mechanických vlastnostech otáčky nezatíženého dynama zapojeného jako motor jsou významným signálem pro posouzení celkového technického stavu dynama rovněž tak spouštěcí otáčky motoru při definované teplotě a viskozitě oleje svědčí o technickém stavu spouštěče a akumulátorové baterie v mnoha případech jsou dosažené provozní otáčky významným signálem charakterizujícím velikost prokluzuřemenových převodů a třecích spojek, poruchu funkce hydraulických převodů, nesprávnou volbu nebo neseřízení provozních podmínek i případnou poruchu vlivem přetížení mechanismu provozními hmotami nebo jiným zatížením 1
Ruční mechanický otáčkoměr je jednoduchým, široce využitelným přístrojem pro měření otáček pomocí výměnných nástavců, opatřených různě tvarovanými pryžovými koncovkami, lze hřídel otáčkoměru připojit pouhým ručním přitlačením k měřené rotující části stroje výhodou tohoto ručního otáčkoměru je především univerzální použití v širokém rozsahu měřených otáček s dostatečnou přesností 2 až 3% (jednorázové měření) naprosto se nehodí v případech, kdy je nutno otáčky sledovat průběžně během měření jiných veličin - ruční mechanický otáčkoměr váže pro svoji obsluhu jednoho pracovníka po celou dobu měření a měřené hodnoty nelze obvykle automaticky registrovat a zpracovávat Snímání impulsů úměrných otáčkám bez uvedené nevýhody, ovšem s poněkud složitějším přístrojem, jsou v rámci diagnostiky otáčky často měřeny na principu snímání a vyhodnocování impulsů, jejichž frekvence je otáčkám úměrná přístroje pro měření úhlových zrychlení motorů, které zpravidla současně měří otáčky nebo úhlovou rychlost přístroje, které využívají impulsy zapalovací soustavy - digitální signál, který je buď kontinuálně zpracováván výpočetní technikou a nebo může být též v měřicím přístroji transformován na analogovou hodnotu a registrován přímoukazujícím ručičkovým přístrojem 2
Ovládací panel vozidla - otáčkoměry důvodem je malá přesnost a výrobci vozidel zpravidla využívají horní toleranční meze k nastavení otáčkoměru motoru, či rychloměru vozidla h Například: Je-li registrována rychlost 105 [km/h], lze se obávat, že i u nového vozidla v jinak bezvadném stavu bude jeho skutečná rychlost pouhých 100 [km/h] a naopak zpravidla nikdy vyšší než registrovaných 105 [km/h] pro účely diagnostiky se tudíž nelze na uvedené panelové přístroje spoléhat Stroboskopické otáčkoměry mají v diagnostice poměrně velké rozšíření schopny měřit nejen otáčky, ale i jiné kmitavé pohyby Postup měření: generátor impulsů ovládá záblesky výbojky lampa přístroje s výbojkou se zaměří na povrch rotující strojní součásti s výrazně vyznačeným jedním místem při měření se vychází vždy z vyšší frekvence, než jsou předpokládané měřené otáčky tato frekvence se postupně snižuje, až dojde ke zdánlivému zastavení značky je-li však zastavená značka vidět na dvou nebo více místech na obvodu rotující součásti, znamená to, že nastavená frekvence je dvounásobná nebo vícenásobná ve srovnání se skutečnými otáčkami postup od nižších otáček - značka by byla vidět jednou, avšak nastavený údaj na stupnici stroboskopu by neodpovídal skutečné frekvenci měřených otáček 3
Rezonanční otáčkoměr Kdy je vhodné použít tento otáčkoměr? pro kontrolu otáček součástí, které jsou zakrytované a tudíž pro jejich kontrolu by byla nutná demontáž (rotor odstředivého čističe oleje spalovacích motorů, rotor turbodmychadla apod.) Konstrukce: skládá se ze sady jazýčků s odstupňovaným vlastním kmitočtem, které se vlivem vibrací vyvozených rotujícími hmotami dostávají do rezonance s příslušnou frekvencí otáček Snímač otáček ze zvlnění palubní sítě vozidla 4
Provozní teploty a jejich využití v diagnostice pracovní činnost strojů je zpravidla doprovázena komplikovanými způsoby přeměny energie různých druhů, přičemž vždy ve větší nebo menší míře vzniká energie tepelná množství vznikajícího nebo unikajícího tepla je úměrné nejen zatížení a ostatním provozním podmínkám stroje, ale do značné míry bývá též ovlivněno technickým stavem různých částí stroje Příklad - diagnostika hydraulické soustavy: uzavřený okruh hydraulické soustavy se při pracovní činnosti zahřívá nejen v důsledku tlakového spádu v jednotlivých prvcích soustavy při jejich běžné funkci, ale též v důsledku netěsností, jimiž pracovní kapalina proniká, ztrácí tlak a její pohybová energie se mění v teplo (za definovaných provozních podmínek, tj. pracovního zatížení a teploty okolního prostředí, lze v daném případě podle ustálené teploty pracovní kapaliny usuzovat na celkovou vnitřní netěsnost hydraulické soustavy ) souhrnný diagnostický signál získání diagnostického signálu v podobě teploty za ustáleného stavu má určitou nevýhodu zejména v požadavku náročného měření hodí se jako stálý signál, který při dosažení mezní hodnoty upozorní obsluhu stroje na potřebu detailní diagnostické prověrky měření bez stálé indikace - je zpravidla výhodné měřit přírůstek teploty za stanovenou dobu při stanovených podmínkách činnosti stroje Teplota kluzných i valivých ložisek u kluzných ložisek je to především období záběhu, kdy teplota nad mezní hodnotou svědčí o nesprávném průběhu záběhu, o nepřípustně zvýšené rychlosti opotřebení a o případném nebezpečí zadření ložiska u valivých ložisek s náplní konzistentního mazacího tuku svědčí jejich vyšší teplota především o přeplnění ložiska tukem u valivých ložisek se seřiditelnou vůlí se v menší míře projevuje zvýšený přírůstek teploty jako důsledek malé vůle, ohrožující životnost ložiska 5
Absolutní přírůstek teploty poměr teploty zkoumaného prvku k teplotě prvků téhož druhu zabudovaných v témže stroji a vystavených stejným provozním podmínkám Například: odchylná teplota brzdových bubnů nebo disků u téže nápravy motorového vozidla, posuzována třeba i pouze subjektivně hmatem během jízdní přestávky, svědčí o poruše v nastavení vůle brzdového mechanismu odlišná (nižší) teplota některé zapalovací svíčky nebo vstřikovače je neklamnou známkou nesprávné činnosti, popřípadě úplného vysazení příslušného válce spalovacího motoru z provozu Teplota výfukových plynů jednotlivých válců spalovacího motoru u velkých lodních vznětových motorů je zpravidla v příslušné části výfukového potrubí u každého válce trvale zabudován termočlánek k průběžnému měření teploty výfukových plynů kontrola kvality spalování v jednotlivých válcích normální práce motoru u více než osmiválcových motorů je totiž subjektivně poslechem prakticky nezjistitelné, že například jeden válec zcela vysadil z pracovní činnosti aplikace na traktorové a vozidlové motory se zatím jeví jako nereálná zejména vzhledem k investiční náročnosti a provozní choulostivosti měřicího zařízení 6
Měřící technika - teploměry Běžné a kontaktní teploměry Kontaktní teploměr MiniTemp Bezkontaktní teploměr Phototemp MX6 s kontaktní sondou Bezkontaktní teploměr ProfiTemp ST 80 XB Měření teploty - emisivita Emisivita je intenzita vyzařování (zářivá schopnost) předmětů, která je závislá na materiálu a zejména jeho povrchových vlastnostech. Materiál Asfalt Beton Cihla Přírodní dřevo Guma Oxidovaný hliník Kůže Oxidovaná měď Mosaz Oxidovaná ocel Oxidované olovo Sklo Grafit Voda Emisivita 0,95 0,95 0,90 0,94 0,95 0,30 0,98 0,95 0,50 0,80 0,50 0,85 0,85 0,93 7
Provozní tlaky a jejich využití v diagnostice měření a využití tlaků jako diagnostického signálu přichází v úvahu u těch strojů, které pracují s kapalným nebo plynným médiem nebo kapalné a plynné látky zpracovávají v rámci výrobního procesu strojů uvedeného typu je velké množství a proto má diagnostické měřeni provozních tlaků široké praktické uplatnění není-li u stroje dosaženo normativní hodnoty provozního tlaku, může jít o nesprávné seřízení příslušné části stroje, ovšem často jde o opotřebení významných částí hodnota provozního tlaku tedy slouží jako vhodný signál pro souhrnnou diagnózu, na jejímž základě se přikročí k detailní prověrce uvedeným způsobem se provozní tlak projevuje v konkrétních případech buď ve formě přetlaku, nebo podtlaku 8
Kompresní tlak spalovacího motoru nedosažení normativní hodnoty maximálního kompresního tlaku pístového spalovacího motoru, tj. přetlaku na konci kompresního zdvihu příslušného válce, zpravidla svědčí o překročení mezní hodnoty opotřebení pístní skupiny nebo ventilů zda však jde o pístní skupinu, nebo pouze o ventily, to je již poněkud složitější problém detailní diagnostiky: opětovné měření s přidáním oleje zvýšení komprese svědčí o opotřebení pístní skupiny Průběh změn provozních tlaků Grafický záznam průběhu změn provozních tlaků v závislosti na vhodně zvoleném provozním parametru je z hlediska informačního obsahu zpravidla velmi zajímavým signálem. Při praktickém využití tohoto signálu vyvstávají dva základní požadavky: obě veličiny, a to jak závislou hodnotu snímaného tlaku, tak i nezávislou hodnotu zvoleného parametru, je nutno zpravidla digitalizovat a zpracovat výpočetní technikou vyhodnocení grafického záznamu je vždy časově a kvalifikačně náročné, často je spojeno se subjektivními vlivy a tudíž i zde je zpravidla nutno pomocí výpočetní techniky toto vyhodnocení zautomatizovat Technika měření tlaků k měření tlaků v rámci technické diagnostiky se využívají rozmanité fyzikální děje, které jsou tlakem ovlivňovány - základní součásti tlakoměrů, tj. čidlo a indikační zařízení, bývají propojeny převodovým členem, který reakci čidla zesiluje nebo transformuje a přenáší na potřebnou vzdálenost 9
Metody měření těsností a vůlí v mechanismech Přímé měření vůlí Nepřímé měření vůle kluzných ložisek mazaných tlakovým olejem měření pomocí prostého tlaku oleje metoda porovnání tlakové ztráty v ložisku s etalonem Nepřímé měření těsnosti pomocí tlakového vzduchu měření na vstupní větvi metoda na výstupní větvi Přímé měření vůlí nejjednodušší způsob získání zpravidla informačně velmi obsažného signálu užívají se jednoduché pomůcky umožňující dodržet předepsané podmínky měření a tím také zabezpečit dostatečnou přesnost (mikrometry, úhloměry ) Například: měření protažení opotřebeného válečkového řetězu měření opotřebení vložek válců dutinoměrem měření vůle v ozubených kolech převodovky pomocí úhloměru přímé měření vůle v oku a hlavě ojnice pomocí číselníkového úchylkoměru 10
Kluzná ložiska měření pomocí prostého tlaku oleje životnost je poměrně vysoká, avšak konec technického života vyvolá požadavek na rozsáhlou opravu podstatné části stroje měření tlaku oleje běžným tlakoměrem na přístrojové desce nebo speciálně namontovaným k tomuto účelu na přesnost působí tyto vlivy: viskozita oleje druh oleje, jeho stáří, opotřebení (dodržení konstantních podmínek je takřka nemožné) opotřebení olejového čerpadla seřízení redukčních ventilů, tlakové ztráty ve filtrech (obtížná až nemožná korekce těchto vlivů) otáčky motoru s rostoucími otáčkami se tlak v mazaných ložiskách zvyšuje (lze je však snadno předepsat i dodržet) prostý tlak mazacího oleje je málo spolehlivým ukazatelem technického stavu ložisek (vhodné v počátku u nového stroje) Kluzná ložiska měření pomocí tlakové ztráty 1. olejové čerpadlo motoru 2. olejové čističe motoru 3. obrys přístroje 4. regulační ventil s ocejchovanou stupnicí 5. diferenční tlakoměr 6. dvě stejné trysky přístroje 7. měřená ložiska nutné laminární proudění olejové náplně jsou použity dvě stejné trysky mikrometrický šroub umožňuje nastavit na referenčním manometru nulu mikrometr je přímo ocejchován v hodnotách svodové propustnosti ložiska nutnost laminárního proudění lze omezit dodržováním předvolených otáček měření uvedená metoda je pro praxi svou pracností přijatelná hodí se jako celkový diagnostický signál nabádající k detailní diagnostice 11
Nepřímé měření těsnosti pomocí tlakového vzduchu těsnost je velmi významným diagnostickým signálem stanovení netěsnosti na bázi tlakového vzduchu únik vzduchu je indikován mýdlovým nebo saponátovým roztokem zkušební tlak nesmí nikdy překročit jmenovitý provozní tlak měřeného systému (explozivní roztržení nádoby, trubek ) proto jsou nádoby zkoušeny ještě na pevnost tlakem 1,5 x vyšším než je tlak jmenovitý zkouší se tlakem kapaliny Metoda měření úbytku tlaku (vzduchové brzdy, těsnost spalovacího prostoru nutný vzduchojem pro zvýšení celkové kapacity vzduchu a tím ovlivnění doby poklesu tlaku) Metoda měření netěsnosti pomocí etalonové trysky (nutná vždy kontrola těsnosti trysky, těsnost indikuje tlakoměr ocejchovaný v % netěsnosti Metoda měření uniknutého vzduchu z měřícího zařízení (velmi přesná metoda avšak náročná na měřící techniku) Měření na vstupní větvi do měřeného prostoru je přiveden tlakový vzduch pod konstantním tlakem a plynoměrem je sledováno jeho množství množství vstupující = množstvím vystupujícího vzduchu tlakový vzduch uniká ze soustavy volně do prostoru (chladící soustava vozidla, zásobníky vzduchu) nevýhodou je to, že nelze stanovit místo netěsnosti Měření na výstupní větvi měří se únik vzduchu ve vhodně zvoleném místě umožňuje to stanovit příčinu a rozsah netěsnosti příkladem je měření množství plynů procházející do klikové skříně (netěsnost pístní skupiny zvětšení objemu přidáním tlakové nádoby) v případě, že by mohl vzduch unikat jiným netěsnosti je nuceně odsáván 12
Praktické využití kontroly těsnosti Kontrola těsnosti vzduchové brzdové soustavy Kontrola tlakových nádob Kontrola těsnosti hlavy motoru Kontrola ložisek Kontrola opotřebení vložek válců a ventilů Kontrola tlakového vzduchu v pneumatikách Kontrola těsnosti nádrží Metody měření provozních parametrů strojů otáčky, teploty, tlaky, těsnosti 13