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
