Основные задачи и структура технической диагностики вагонов

Техническая диагностика – область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов (ГОСТ 20911-89).

Термин «диагностика» происходит от греческого слова «диагнозис» – определение, распознавание. Если объектом распознавания является техническая система, то вводится понятие «техническая диагностика». Технической диагностикой называется наука о распознавании состояния технической системы.

Как область знаний техническая диагностика включает:

– исследование технического состояния объекта диагностирования;

– разработку методов определения видов технического состояния;

– разработку принципов построения видов технического состояния;

– разработку принципов построения и организацию использования системы технического диагностирования.

Основная задача технической диагностики – распознавание технической системы в условиях ограниченной информации.

Теоретическим фундаментом для решения основной задачи диагностики является общая теория распознавания образов. Техническая диагностика изучает алгоритмы распознавания применительно к задачам диагностики.

Алгоритмы распознавания в технической диагностике основываются на диагностических моделях, устанавливающих связь между состояниями технической системы и их отображениями в пространстве в виде диагностических сигналов. Важной частью проблемы распознавания являются правила принятия решений. Для принятия обоснованного решения привлекают методы теории статистических решений. Они должны основываться на моделях отказов, изучаемых в теории надежности.

Вторым важным направлением технической диагностики является теория контролепригодности, т.е. свойства изделия обеспечивать достоверную оценку его технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов. Важной задачей теории контролепригодности является разработка алгоритмов поиска неисправностей, диагностических тестов, минимизации процесса установления диагноза.

На рис. 1.1 приведена структура технической диагностики, характеризуемая двумя направлениями: теорией распознавания (построение алгоритмов распознавания, решающих правил и диагностических моделей) и теорией контролепригодности (разработка средств и методов получения диагностической информации, автоматизированный контроль и поиск неисправностей).

Существуют два основных подхода к задаче распознавания: вероятностный и детерминистский. При детерминистском подходе области диагнозов не пересекаются (рис.1.2), то есть диагностический признак либо встречается при данном диагнозе, либо отсутствует.

Имеются средства технического диагностирования, которые однозначно определяют техническое состояние объекта. К таким устройствам относится детектор юза колес. Неисправности приборов автотормозного оборудования являются причиной заклинивания колесных пар вагонов и возникновение юза, т.е. скольжения колес по рельсам во время движения вместо их вращения. Вследствие юза на поверхности катания колес образуются ползуны или навары, которые во время движения поезда вызывают значительные ударные нагрузки на ходовые части вагона и рельсы, приводящие к их разрушению.

Для своевременного обнаружения вагонов, у которых колесные пары скользят по рельсам юзом, служит напольный детектор юза колес, который должен устанавливаться в горловине парка отправления сортировочной станции и в местах проверки эффективности действия автотормозов.

На рис. 1.3 показан принцип действия детектора юза колес. На рельсе 1 установлено намагничивающее устройство 2 для бесконтактного намагничивания участка гребня колеса 3 в области касания колеса с рельсом. За намагничивающим устройством по ходу движения установлен приемник 4, воспринимающий локальное изменение магнитного поля в зоне контакта колеса с рельсом, и регистратор 5. При этом расстояние между намагничивающим устройством 2 и приемником 4 должно быть меньше минимальной длины развертки колеса по кругу катания. Если колесо катится по рельсу, то участок колеса 3а, намагниченный устройством 2 (магнитная метка), при прохождении колеса над антенной 3 сместится относительно зоны контакта с рельсом и на регистрирующее устройство сигнал не поступит.

В том случае, когда колесо скользит по рельсу юзом, намагниченный участок 3б остается в зоне контакта с рельсом при прохождении колеса над приемником 4,который воспринимает изменение магнитного поля и передает сигнал на регистратор 5. Таким образом, формирование и считывание магнитных меток однозначно обеспечивает бесконтактное обнаружение колес, скользящих по рельсу юзом.

Более общим является вероятностный подход к решению задачи распознавания, так как в большинстве случаев диагностический признак зависит от различных факторов и не может однозначно характеризовать техническое состояние объекта. Примером могут служить аппаратура обнаружения дефектов буксовых подшипников по диагностическому признаку – перегреву корпуса буксы и аппаратура контроля неровностей на поверхности катания колес в движущемся поезде по диагностическому признаку – виброускорению рельса. В этом случае необходимы статистические методы распознавания.

Техническое диагностирование – процесс установления технического состояния объекта с указанием места, вида и причин возникновения дефектов и повреждений.

Объект диагностирования – изделие и его составные части, техническое состояние которых подлежит определению.

Система технического диагностирования представляет собой совокупность объектов, методов и средств, а также исполнителей, позволяющая осуществить диагностирование по правилам, установленным соответствующей нормативно-технической документацией.

В процессе технического диагностирования вагонов, как и любых других объектов, решаются три задачи:

– диагноз – оценка технического состояния вагонов или сборочных единиц в настоящий момент времени (при этом определяется качество изготовления или ремонта вагонов и технического обслуживания);

– прогнозирование (от греческого «прогнозис» – предвидение, предсказание) – оценка технического состояния, в котором окажется подвижная единица через некоторый период эксплуатации (например, на пунктах технического обслуживания вагонов не только определяется техническое состояние на момент контроля, но и решается вопрос о возможности следования вагонов до следующего ПТО без возникновения отказов);

– генезис (происхождение, возникновение, процесс образования) – установление технического состояния объекта в прошлом (например, перед аварией, крушением, сходом вагонов, другими чрезвычайными ситуациями); решение задач этого типа называется технической генетикой.

Диагностирование выполняется на каждой стадии жизненного цикла вагонов: на стадии проектирования, при производстве, в режиме эксплуатации и при всех плановых видах ремонта.

Структурная схема системы технического диагностирования вагонов представлена на рис. 1.4.

Вагон, сборочная единица или деталь, как объекты диагностирования (ОД) испытывают эксплуатационные воздействия при обычном их функционировании и тестовые воздействия от средств технического диагностирования (СТД), имитирующих условия работы вагона, близкие к эксплуатационным. О техническом состоянии ОД можно судить по диагностическим параметрам (ДП).

Информация от СТД, измеряющих и преобразующих параметры по заранее разработанному алгоритму диагностирования (АД), поступает к оператору О для принятия решения.

Основная цель технического диагностирования – организация эффективных процессов определения технического состояния вагонов.

В зависимости от задач диагностирования вагонов применяются аппаратурные или программные средства, реализующие разработанный алгоритм диагностирования.

При исследовании, разработке и реализации процессов диагностирования решаются также задачи изучения физических свойств объектов, их неисправностей, построения математических моделей объектов и неисправностей, анализ модели объекта с целью получения данных, необходимых для построения алгоритмов диагностирования.

Одной из задач является разработка принципов построения, экспериментальное опробование и промышленное внедрение технических средств диагностирования.

Классификация основных задач технического диагностирования приведена на рис. 1.5.

На стадии проектирования вагонов разрабатывается математическая модель объекта диагностирования, определяется тактика управления работоспособностью, формулируются требования к диагностируемости и технологии её выполнения, назначается последовательность профилактических и ремонтных работ.

По назначению системы диагностирования разделяются на системы для проверки работоспособности (исправен или неисправен вагон или сборочная единица), правильности функционирования (соответствуют ли параметры его работы исправному техническому состоянию), наличия дефекта (определение места, типа и вида дефекта, причин его возникновения).

Системы технического диагностирования разделяются также на общие (для оценки технического состояния сборочных единиц и деталей), функциональные в процессе эксплуатации вагонов, тестовые (когда на вагон или сборочную единицу воздействуют СТД) и комбинированные (сочетание функционального и тестового методов диагностирования).

Классификация средств технического диагностирования представлена на рис. 1.6.

По степени автоматизации системы технического диагностирования можно разделить на:

– автоматические, в которых обработка и получение информации осуществляются без участия человека по заранее разработанной программе (например, диагностирование элементов колесных пар с использованием комплекса «Пеленг-автомат»);

– автоматизированные, в которых получение и обработка информации осуществляется с применением средств автоматизации и участием человека (например, диагностирование гидравлических гасителей колебаний пассажирских тележек на стендах);

– ручные, в которых получение и обработка информации осуществляются человеком – оператором (например дефектоскопирование деталей с использованием дефектоскопов общего назначения и ручным сканированием).