Диагностическое, контрольное и испытательное оборудование

Назначение оборудования. Диагностическое оборудование необходимо для определения технического состояния агрегатов без их разборки. Задачи диагностирования состоят в поиске места и определении причин отказа (неисправности) и прогнозировании технического состояния. На ремонтном предприятии агрегаты диагностируют при поступлении их в ремонт (предремонтное диагностирование) и перед отправкой на склад сбыта (послеремонтное диагностирование). В первом случае определяют необходимый объем ремонтных работ и метод ремонта (обезличенный или необезличенный), во втором – послеремонтный ресурс. На эксплуатационном предприятии определяют вероятность безотказной работы агрегата и предполагаемы объем работ для устранения потенциального отказа.

Контрольное оборудование служит для измерения значений основных показателей (частоты вращения валов, усилий и моментов, приложенных к деталям, линейных или угловых размеров и перемещений, жесткости деталей, температуры, расхода и давления сред и многих других) в процесса ремонта агрегатов, в т.ч. восстановления деталей.

Испытательное оборудование служит для приведения отремонтированных агрегатов или автомобилей в движение, приложения нагрузки в эксплуатационном режиме и измерения при этом основных параметров. На стадии приемо-сдаточных испытаний по результатам осмотра, прослушивания и измерений принимается решение об исправности объекта и пригодности его к эксплуатации. Функции испытаний в большинстве случаев выполняют стенды для обкатки агрегатов или автомобилей.

Диагностические способы. При диагностировании измеряют параметры, которые определяют виды способов и соответствующие средства. Применяют способы диагностирования: кинематические и динамические, виброакустические и пневматические, энергетические, основанные на измерении параметров рабочих процессов и работавшего масла, тепловые и оптические.

Кинематический способ диагностирования основан на измерении относительного перемещения деталей в пределах зазоров соединений неработающего агрегата. Изменение зазоров в трущихся парах при работе агрегата согласуется с классической кривой изнашивания, состоящей из участка приработки, эксплуатационного и аварийного изнашивания.

Устройство КИ-13933 «ГосНИТИ»(рис. 2.109) служит для определения зазоров в кривошипно-шатунном механизме двигателя внутреннего сгорания. Предел и погрешность измерения 8 и 0,02 мм, соответственно.

Динамический способ диагностирования двигателей внутреннего сгорания основан на использовании зависимости между мощностью двигателя и угловым ускорением коленчатого вала при полном открытии дросселя или полной подаче топлива.

Непосредственно угловое ускорение вращающейся детали определяют приборами ИМД-2М, ИМД-Ц, КИ-11331, КИ-13009, КИ-13940 (Россия), JK-1 (Чехия), DS-205 (Германия) и др. Индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала вырабатывает электрические импульсы от зубьев венца маховика.

Виброакустический способ диагностирования основан на измерении параметров упругих колебаний корпусной детали, возникающих при соударении с ней вращающихся деталей. Способ применяют для оценки подшипников качения и скольжения, зубчатых передач, шлицевых соединений, кривошипно-шатунных и газораспределительных механизмов, форсунок двигателей и др.

Энергия удара и, соответственно, амплитуда колебания зависят от зазора в соединении. Эти колебания фиксируются пьезоэлектрическими датчиками, преобразующими механические колебания в электрические. Значение зазора в отдельном соединении косвенно определяют по амплитуде сигнала, моменту (фазе) его появления и частоте. Датчик воспринимает колебания, поступающие от всех соединений одновременно. Сигналы от различных источников разделяют частотным, временным и амплитудным способами.

На рисунке 2.110 представлен переносной виброакустический анализатор Vibxpert II. На мониторе прибора (рис. 2.2.110 а) отображен спектр огибающей подшипника качения, имеющего дефект наружного кольца. Результаты диагностирования анализируются при помощи программного обеспечения Omnitrend (рис. 2.110 б). На рисунке 2.111 представлены примеры диагностирования агрегатов с помощью переносных виброакустических анализаторов.

Техническое состояние работающего двигателя определяют на испытательном стенде, который имеет упругие опоры для агрегата. Скоростной и нагрузочный режимы работы двигателя таковы, что в спектрах шума и вибрации проявляются практически все источники шума. Обычно, это средние частоты вращения и нагрузки. Датчик крепится на двигателе жестко для уменьшения погрешности измерений его масса должна быть минимальной. Место установки датчика определяют экспериментально, чтобы контролируемый источник шума проявлялся в наибольшей степени.

Частотные полосы и уровни вибрации, характеризующие неисправности бензинового двигателя с рабочим объемом 4,8 л, определены экспериментально и приведены в таблице 2.26.

Таблица 2.26

Параметры виброакустического диагностирования бензинового двигателя

Пневматический способ диагностирования основан на оценке герметичности замкнутых полостей (топливных баков, радиаторов, камеры сгорания двигателей, уплотнительных устройств агрегатов трансмиссий).

В качестве диагностических параметров чаще используют время снижения давления воздуха при заданных пределах его изменения или расход среды через течь.

Точную оценку герметичности, особенно при малых утечках, обеспечивает пневмокалибратор, схема которого приведена на рисунке 2.112. Воздух под установленным давление, которое поддерживается регулятором давления, поступает в магистраль 3. Давление подаваемого воздуха контролируется манометром 1. В пневматическую сеть установлено калиброванное отверстие 5. Трубопровод 4 соединяет пневмокалибратор с проверяемым объектом (например, с цилиндром двигателя). Давление в трубопроводе 4 измеряется манометром 2. Это давление зависит от величины утечек из проверяемого объекта. Общий вид устройства приведен на рисунке 2.113.

Энергетический способ диагностирования основан на оценке состояния агрегатов путем измерения вырабатываемой, передаваемой или потребляемой ими энергии. Способ чаще применяют для определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания в виде тормозных или бестормозных испытаний. В первом случае используют обкаточно-тормозные стенды. Во втором случае нагрузку создают отключением цилиндров с дросселированием отработавших газов. Установившаяся частота вращения коленчатого вала является оценкой мощности двигателя. После поочередного отключения цилиндров определяется средняя частота вращения коленчатого вала, которая является диагностическим параметром.

Способы диагностирования по параметрам рабочих процессов основана на получении информации об изменении параметров топливоподачи, газообмена, сгорания, смазки, охлаждения и других в зависимости от регулировок и износа составных частей агрегата.

Например, по индикаторной диаграмме зависимости давления газов в цилиндре двигателя от хода поршня определяют момент воспламенения рабочей смеси, плотность напдпоршневого пространства и др.

Способы диагностирования по параметрам работавшего масла основаны на анализе его физико-химических свойств, изменившихся при использовании. При нарушении правильности функционирования соединений деталей увеличивается содержание и размер частиц в масле и изменяется их морфология (рис. 2.114).

Подвижные соединения диагностируют по концентрации частиц изнашивания в масле (калориметрическим, спектральным и магнитным способами), размеру частиц изнашивания (методами аналитической феррографии и седиментометрическим), массовой доле, размеру и морфологии частиц изнашивания (микроскопическим способом).

Тепловой способ диагностирования основан на регистрации теплового излучения с длиной волны от 0,76 мкм до 1 мм термометрическими датчиками и преобразовании полученных параметров в электрический или другой сигнал с последующей индикацией.

Необходимым условием применения теплового способа является отличие локальной температуры частей объекта от температуры окружающей среды, которое создается с помощью внешнего источника (активный тепловой контроль) или при работе агрегата (пассивный тепловой контроль).

Активный тепловой контроль применяют для объектов, температура поверхности которых во всех точках одинакова. Такими объектами могут быть материалы и детали. При их нагреве внешним источником (лампой накаливания, лазером, плазмотроном) тепловой поток, который распространяется в глубь объекта, испытывает дополнительное тепловое сопротивление в месте дефекта. В результате в этом месте наблюдается локальное повышение температуры. При механическом цикловом нагружении в области внутреннего дефекта выделяется тепловая энергия вследствие трения и пластического деформирования, что повышает температуру объекта в области дефекта. Таким образом, способ тепловой дефектометрии обнаруживают трещины, поры, раковины и примеси.

Пассивный тепловой контроль применяют для объектов, у которых возможно аномальное выделение теплоты в месте потенциального дефекта.

При тепловом диагностировании используют контактные и бесконтактные способы измерения температуры. Для бесконтактного измерения температуры применяются тепловизоры (рис. 2.115). Для контактного измерения температуры применяются контактные термометры и термокарандаши (рис. 2.116). При контроле температуры термокарандашом материал его стержня наносят в виде штрихов на контролируемую поверхность. При достижении температуры, указанной на корпусе карандаша, происходит расплавление нанесенного материала.

Оптические способы диагностирования основаны на осмотре поверхностей деталей внутри агрегата с помощью эндоскопов (рис. 2.117), которые бывают жесткими или гибкими.

Эндоскоп ЭЖО 16.1600 (эндоскоп жесткий охлаждаемый) имеет диаметр цилиндрической части 22 мм, длину 1505 мм, обеспечивает угол зрения 40^о в направлении бокового осмотра под углом 90^о к оси эндоскопа.

Цистоскопы диаметром 8 мм используют для осмотра полостей с глубиной погружения 200 мм при увеличении изображения до 2 раз.

Бронхоскопы позволяют осматривать глубокие полости с углом обзора 162–180 ^о, обеспечивая при этом изменение направления осмотра с 45 до 115^о.

Мини-эндоскопы имеют диаметр рабочей части менее 2 мм и передают изображение по волоконному световоду, который заканчивается линзовым окуляром.

С помощью оптических способов выявляют задиры, трещины, сколы, изломы, прогары, эрозию, обрывы и другие повреждения. Например, с помощью устройства с гибким волоконным световодом можно оценить состояние днищ поршней, тарелок клапанов, зубчатых передач и подшипников через отверстия, соответственно, под свечи, форсунки или для залива масла.

Диагностические средства могут быть в виде стационарных и передвижных стендов и комплектов переносных приборов. Получают развитие встроенные средства диагностирования.

С помощью стендов измеряют, например, тягово-скоростные показатели автомобилей, определяют техническое состояние цилиндропоршневых групп, кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, топливной аппаратуры, трансмиссии, колесных и стояночных тормозов, рулевого управления, гидравлических систем, измеряют углы установки управляемых колес и др.

Стенд диагностический тормозной КИ-8944 (рис. 2.118) предназначен для одновременной проверки тормозов автомобиля с нагрузкой на ось до 1,5 тс. Измеряемые параметры и их значения: тормозная сила на колесе (0–500 кгс), усилие на тормозной педали (0–70 кгс), время срабатывания тормозного привода (0–9,99 с). Стенд диагностический тормозной КИ-8964 предназначен для одновременной проверки тормозов автомобиля с нагрузкой на ось до 5 тс. Измеряемые параметры и их значения: тормозная сила на колесе (160–1600 кгс), усилие на тормозной педали (7–70 кгс), время срабатывания тормозного привода (0–9,99 с). Стенд КИ-8945 служит для диагностирования переднего управляемого моста автомобиля, а стенд КИ-4998 – для проверки тормозов грузовых автомобилей.

Стенд КИ-13944 для диагностирования гидравлических коробок передач определяет состояние их гидравлической системы.

На рисунке 2.119показаны приборы, применяемые для диагностирования узлов автомобиля.

Ниже приведены примеры других диагностических средств, используемые в производстве.

Мотор-тестор КИ-5524 предназначен для комплексного диагностирования бензиновых двигателей. С помощью его измеряют параметры (в скобках приведены их значения): частоту вращения коленчатого вала (0–1000 и 0–5000 мин^–1), напряжение в сети электрооборудования (0–20 В), сопротивление участков сети электрооборудования (0–100 Ом и 0–1000 кОм), силу тока в сети электрооборудования (0–100 и 0–1000 А), угол замкнутого состояния контактов (0–90 °), давление топлива (0–0,005 МПа), расход топлива (100–1000 см³/мин).

Переносное устройство КИ-13671 служит для измерения расхода газов, прорывающихся в картер, при диагностировании цилиндропоршне-вой группы двигателей внутреннего сгорания. Пределы измерения 0–500 л/мин, цена деления шкалы 3,3 л/мин. Масса устройства 0,38 кг.

Расход топлива измеряют с помощью устройства КИ-12371 в комплекте с электронными средствами при диагностировании двигателей внутреннего сгорания. Пределы измерений 5–25 и 12–63 л/ч. Основная приведенная погрешность 2,5 %. Расходомер топлива КИ-8955 содержит имитатор нагрузки КИ-5653. С помощью устройства КИ-13943 проверяют топливные фильтры.

Контрольные средства. В производстве используют много универсальных средств для контроля параметров обрабатываемых заготовок и сборочных единиц. Среди них приборы для измерения и контроля зубчатых колес и точности кинематических систем, измерения шероховатости, формы и расположения поверхностей и др. Ряд средств, описание которых приведено ниже, централизованно изготавливают на ремонтных предприятиях.

При восстановлении деталей используют стенды 70-8735-1026 и 70-8735-1028 для комплексного контроля коленчатых валов, стенд КИ-3340 для измерения биения торца и цилиндрических поясков относительно внутренней поверхности гильз цилиндров, стенд 70-8734-1015 для измерения радиуса кривошипа коленчатого вала.

Стенды КИ-13801 и КИ-12304 служат для гидравлических испытаний головок цилиндров двигателей с производительностью 15–20 ч^–1, а стенды КИ-5372А и КИ-17908 – для гидравлических испытаний блоков цилиндров двигателей с производительностью 6–10 ч^–1. На стенде КИ-8847М проверяют герметичность соединения «клапан – седло». Стенд КИ-13658 необходим для контроля масляных каналов блоков цилиндров на герметичность под давлением 0,8 МПа.

Ряд средств предназначен для контроля сборочных единиц. Приборы 70-8019-1501 и 70-8019-1502 служат для измерения радиального зазора в подшипниках качения и измерения монтажной высоты конических подшипников. На устройстве КИ-13641 проверяют термостаты. Стенд КИ-13769 служит для контроля уплотнений коленчатого вала двигателя ЯМЗ-238 после его сборки. Угловой зазор в шарнире карданного вала измеряют на стенде КИ-16307. Частоту вращения ротора центрифуги измеряют с помощью прибора КИ-1308В.

Прибор КИ-13901 предназначен для измерения прогиба карданных валов, устройство КИ-13918 необходимо для проверки натяжения ремней вспомогательных агрегатов (водяного насоса, компрессора, генератора и др.), а с помощью динамометрического устройства КИ-13923 измеряют усилия на рычагах управления автомобилем.

Обкаточно-испытательные средства. Обкатка готовит ремонтируемый агрегат или машину к предстоящей эксплуатации. Испытания необходимы для подтверждения соответствия отремонтированной техники установленным техническим и договорным требованиям. Автомобиль или агрегат испытывают после их обкатки.

Обкатывают и испытывают автомобили в сборе, тепловые и электрические двигатели, редукторы, гидравлические приводы агрегатов, масляные, водяные и топливные насосы, генераторы и многие другие агрегаты. Испытывают рулевые механизмы, инжекторы и форсунки.

Один из распространенных обкаточно-тормозных стендов КИ-2139Б (КИ-5543) для обкатки двигателей внутреннего сгорания включает электрическую балансирную машину АКБ 82-4 с фазным ротором, установочные элементы и механизм передачи крутящего момента (рис. 2.120). Электромашина может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора (тормоза). Пределы регулирования частоты вращения ротора электромашины в первом режиме 500–1400 об/мин, во втором – 1600–3000 об/мин. Развиваемая мощность стенда в режиме двигателя 55 кВт, в режиме генератора – 150 л.с.

На стенде КИ-5278М испытывают масляные насосы и фильтры двигателей внутреннего сгорания. Отрезок измеряемой частоты вращения шпинделя 170–2000 мин^–1. Стенд КИ-17910 служит для испытания полнопоточного фильтра в сборе (давление в сети 0,5 МПа). Стенды ОР-8899М и КИ-13799 необходимы для обкатки и испытания водяных насосов. На стенде КИ-13692 обкатывают и испытывают турбокомпрессоры двигателей, на стенде ОПР-7227 – компрессоры, на стенде КИ-12313 – испытывают амортизаторы, на стенде 70-7871-1506 – насосы гидроусилителей руля.