Електронний посібник
ТЕХНІЧНА ЕКСПЛУАТАЦІЯ АВТОМОБІЛЯ
частина І
РОЗДІЛ 1. НАДІЙНІСТЬ ТА СИСТЕМА ТЕХНІЧНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ І РЕМОНТУ КОЛІСНИХ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ
3. Основи теорії діагностики технічного стану автомобіля
3.1. Основні поняття та визначення у діагностиці
3.2. Втрата працездатності та завдання технічного діагностування
3.3. Поняття «дефект» та «несправність»
3.4. Основні поняття діагностування: контроль, самоконтроль та самодіагностика
3.5. Характеристика об’єктів автомобіля
3.5.1. Характеристика об’єктів діагностування
3.5.2. Характеристика режимів діагностування (контролю) та граничних станів машини
3.6. Види діагностики. Діагностичні карти
3.1. Основні поняття та визначення у діагностиці
Технічна діагностика розглядає будь-який об’єкт як потенційне джерело несправностей (відмов), які мають бути виявлені та локалізовані.
Під технічною діагностикою розуміють теорію, методи та засоби пошуку та виявлення несправностей у системах агрегатів, механізмів та управління робочими процесами в машинах.
Технічна діагностика – один із найважливіших засобів керування надійністю технічних об’єктів. Вона має широку сферу застосування для оцінки технічного стану в життєвому циклі машини: під час конструкторського доопрацювання та доведення, у виробництві, контролі технологічних процесів виробництва та ремонту, у діагностуванні технічного стану КТЗ в експлуатації (рис. 3.1).
Діагностування дозволяє досягати заданої технічної та екологічної надійності машин, з необхідним ступенем достовірності оцінити показники її якості.
Функція діагностики – це великою мірою проблема отримання інформації про процеси, що діють в машині, передача, прийом і обробка цієї інформації. Що більше отримано інформації, то більше можливостей оптимізувати процеси і режими роботи машини, визначати її поточний стан.
Рис. 3.1. Сфера застосування діагностики
Основне призначення діагностики в процесі проєктування полягає в забезпеченні заданої надійності і ресурсу автомобіля за рахунок оптимізації параметрів конструкції під час доведення та діагностичного забезпечення на стадії проєктування, діагностичного контролю технології виробництва та експлуатації автомобілів.
Основне призначення діагностики автомобіля в експлуатації полягає у збереженні технічної та екологічної надійності та проєктного ресурсу за рахунок своєчасного виявлення та усунення несправностей та оптимізації процесів технічного обслуговування (ТО).
Технічна діагностика є вищим рівнем технічного контролю та дає відповідь на найголовніші питання: коли має бути припинено експлуатацію автомобіля і що необхідно робити для її продовження. Отримання інформації про поточні процеси та технічний стан автомобіля в реальному часі дозволяє визначати оптимальну стратегію ефективного технічного обслуговування, забезпечувати готовність, технічну та екологічну безпеку автомобіля (рис. 3.2)
Рис. 3.2. Результати технічного діагностування
Такий комплексний системний підхід до діагностичного забезпечення керування технічним станом автомобілів дозволяє отримати максимальну ефективність процесів створення та використання автомобіля.
До уваги!
В основі діагностики лежать вимірювання технічних параметрів та визначення зовнішніх ознак, що відображають зміну робочих процесів та технічного стану автомобіля.
У діагностиці використовують різні методи та засоби, які постійно вдосконалюються. Що вищий технічний рівень методів та засобів діагностики, то точніше будуть визначені поточні робочі процеси та технічний стан автомобіля загалом. Контроль параметрів робочих процесів дозволяє оптимізувати їх у реальному часі, керувати ними та, відповідно, підвищувати ефективність експлуатації автомобіля.
3.2. Втрата працездатності та завдання технічного діагностування
Працездатність – це здатність автомобіля виконувати потрібні функції, а також стан експлуатаційних властивостей у допустимих межах. Оскільки автомобіль є відновлюваною системою, визначення тактики і стратегії відновлення його працездатності має велике значення.
Загальна схема втрати працездатності об’єкта експлуатації показана на рис. 3.3, де зазор між валом і отвором – один із параметрів, що характеризують працездатність вузла. Таких параметрів може бути кілька.
Діагностичний параметр може мати будь-який фізичний зміст. На кожен параметр установлюються допустимі границі, відповідно мінімальні і максимальні, та значення параметра. Якщо параметр лежить в інтервалі min-мах, об’єкт вважають працездатним. У разі, коли хоча б один із параметрів виходить за границі допусків, об’єкт втрачає працездатність.
Рис. 3.3. Загальна схема втрати працездатності об’єкта
Припустимо, що в процесі експлуатації об’єкта значення параметра «Зазор» поступово збільшується. Тоді зміна цього параметра від початкового значення А до значення В є процесом зміни технічного стану об’єкта, постійною втратою ним працездатності. Після досягнення значення В експлуатація вузла стає недопустимою.
До уваги!
Щоб керувати цим процесом, треба знати справжній технічний стан автомобіля у будь-який момент часу. Вирішенням цих питань і займається технічна діагностика.
Вона охоплює теорію та організацію процесів постановки діагнозу, а також принципи побудови методів діагностування.
У загальному випадку діагностична задача – це завдання зі встановлення ступеня відповідності технічного об’єкта вимогам, що висуваються до нього.
Завданнями технічного діагностування згідно з ДСТУ 2389-94 «Технічне діагностування та контроль технічного стану. Терміни та визначення» є (рис. 3.4):
– контроль технічного стану;
– пошук місця та визначення причини відмови (несправності);
– визначення причини несправності (відмови);
– прогнозування технічного стану.
Термін «Технічне діагностування» застосовують у найменуваннях і визначеннях понять, коли задачі технічного діагностування, що вирішуються, рівнозначні або основним завданням є пошук місця та визначення причин відмови (несправності).
Рис. 3.4. Завдання технічного діагностування
Термін «контроль технічного стану» застосовують, коли основним завданням технічного діагностування є визначення виду технічного стану.
У практиці експлуатації об’єктів окремо кожне завдання технічного діагностування вирішується рідко, зазвичай ці завдання поєднуються. Наприклад, визначення працездатності об’єкта та ідентифікація несправності, що призвела до часткової втрати працездатності, внаслідок чого оцінюється ступінь працездатності об’єкта та локалізується причина, що спричинила несправність. Можливий і такий варіант: після ідентифікації несправності переходять до вирішення завдання перспективного розвитку ситуації за умов подальшого розвитку «несправності», тобто прогнозують тенденцію зміни технічного стану об’єкта діагностування.
Розрізняють три типи завдань для визначення стану об’єктів діагностики.
Перший тип – це завдання визначення технічного стану, в якому знаходився об’єкт у певний момент часу у минулому – завдання генезису. Цей тип завдань вирішується під час розслідування автомобільних пригод.
Другий тип – це завдання визначення технічного стану об’єкта на даний час, які називаються завданнями діагностування. Цей тип завдань важливий під час виконання технічного обслуговування та прийняття рішення щодо подальшої експлуатації.
Третій тип – це завдання передбачення технічного стану, у якому виявиться об’єкт у майбутній час – завдання прогнозування. Цей тип завдань є важливим для передбачення (прогнозування) залишкового ресурсу.
3.3. Поняття «дефект» та «несправність»
Основними поняттями технічної діагностики є дефект, несправність, об’єкт діагностування, технічний стан, діагностичне завдання, технічні засоби діагностування, система діагностування. Терміни «об’єкт діагностування», «діагностичне завдання», «технічні засоби діагностування», «система діагностування» визначені стандартами.
Об’єктивна реальність, відображена поняттям «дефект», є основним предметом дослідження технічної діагностики. Це поняття використовується в різних галузях науки та практики.
Сутність дефекту полягає в тому, що він обумовлений невідповідністю хоча б одній встановленій вимозі до продукції. Він стосується тільки процесу проектування, виготовлення машини та виробництва, її ремонту та залежить тільки від конструктивних чи виробничих факторів. Поняття конструктивного дефекту пов’язані з некоректним використанням системи знань. До дефектів неприпустимо відносити експлуатаційні несправності, зумовлені дією зносу, корозії, старіння, втоми чи дією випадкових чинників. Наприклад, тріщина, що з’явилася в процесі експлуатації автомобіля, вважатиметься не дефектом, а несправністю. Термін «дефект» сутнісно нерозривно пов’язаний з терміном «несправність» та, власне, є його синонімом.
Причинами виявленої несправності на практиці можуть бути: недосконалість конструкції об’єкта діагностування або технології його виготовлення, порушення правил експлуатації або природне руйнування від втомлення, старіння, зношування, корозії та інших деградаційних процесів. Зазначені причини утворюють безліч можливих експлуатаційних несправностей механічних та електричних систем.
ДО УВАГИ!
Розглянуті поняття конструктивних, технологічних дефектів та експлуатаційних несправностей утворюють класифікацію понять «дефект» та «несправність» (рис. 3.5). Причина кожного дефекту та несправності машини обумовлена об’єктивними (система знань, технологія, середовище) чи суб’єктивними факторами.
Рис. 3.5. Класифікація дефектів і несправностей
3.4. Основні поняття діагностування: контроль, самоконтроль та самодіагностика
Відповідно до стандарту ДСТУ 2389-94 контроль – це перевірка відповідності значень параметрів об’єкта вимогам технічної документації (нормі), визначення на цій основі одного із заданих видів технічного стану на даний момент часу.
Такими видами можуть бути: стан справності та стан несправності, стан правильного функціонування та стан неправильного функціонування, працездатний стан та непрацездатний (або відмовний) стан тощо. Відповідно до того ж стандарту, технічне діагностування – це визначення технічного стану об’єкта із заданою точністю.
Контроль технічного стану є першою процедурою технічного діагностування. Саме на результатах контролю базуються дві наступні задачі технічного діагностування – пошук місця відмови та прогнозування технічного стану. Таким чином, будь-яка система діагностування повинна містити систему контролю об’єкта на його відповідність технічним вимогам (нормі) як основну складову, як інформаційну основу для виконання вищезгаданих завдань. Ця характеристика повинна бути виражена в якісній формі: справний-несправний, а прогнозування в кількісній формі – чисельним значенням ресурсу працездатності, що залишається. Якщо засобам контролю надавати також функцію пошуку місця відмови та функцію прогнозування технічного стану, то в цьому випадку відмінності між засобами контролю та засобами діагностування зникають, чим пояснюється той факт, що в науково-технічній літературі ці поняття нерідко використовують як синоніми. Тому «засоби контролю» та «засоби діагностування» також часто не відрізняються один від одного за своїми функціональними можливостями.
Відповідно до стандарту розрізняють такі процеси визначення технічного стану за допомогою засобів контролю:
– контроль технічного стану – визначення виду технічного стану виробу (справний- несправний);
– відтворення технічного стану – процес встановлення технічного стану виробу за записами значень параметрів експлуатації;
– пошук місця відмови – визначення частини виробу, відмова якої спричинила непрацездатність цього виробу;
– прогнозування – процес визначення технічного стану виробу на наступний інтервал часу.
Слід зазначити, що прогнозування як якісне передбачення безвідмовної роботи виробу до наступної операції контролю є невід’ємною складовою будь-якого контролю, оскільки без цього він втрачає сенс. Під час контролю працездатності виробу завжди припускають, що протягом певного часу після його завершення виріб виконуватиме свої функції. Аналогічно, якщо значення параметра перебуває в межах допуску, вважається, що протягом певного часу воно не вийде за ці межі.
Процес пошуку місця відмови також пов’язаний з припущенням, що деякий час частини виробу, в яких не було відмов під час контролю, не вийдуть з ладу і після його закінчення.
Термін «самоконтроль автомобіля» не є загальновизнаним терміном або технічним поняттям в автомобільній індустрії. Але під цим терміном розуміють наявність контрольно-вимірювальних приладів, вбудованих в системи автомобіля. Зокрема це показчики температури охолодної рідини, тиску оливи в системі мащення, тиску повітря в системі гальм, кількість пального в баку. В сучасних автомобілях кількість таких приладів постійно зростає, тому можна говорити про систему самодіагностики.
Самодіагностика автомобіля (також відома як «On-Board Diagnostics» або OBD) – це система в автомобілі, яка виявляє і моніторить різні проблеми з роботою двигуна та інших систем, а також генерує коди помилок для полегшення пошуку і виправлення несправностей. Основна мета самодіагностики – забезпечити операторам автомобіля (власникам або механікам) зрозумілу інформацію про стан транспортного засобу та можливі проблеми, які потребують уваги.
Система самодіагностики перевіряє різні параметри та датчики, такі як рівень пального, тиск у шинах, температура двигуна, викиди відпрацьованих газів та інші. Якщо система виявляє аномалію або несправність, вона генерує код помилки, який може бути зчитаний за допомогою спеціального пристрою, який підключається до роз’єму OBD в автомобілі. Цей код допомагає визначити проблему і зосередитися на виправленні конкретної несправності.
До уваги!
Система самодіагностики зазвичай використовує стандартний протокол OBD-II, який забезпечує єдиний спосіб зчитування інформації з автомобіля. Це дозволяє механікам та власникам використовувати спеціальні сканери для зчитування кодів помилок та встановлення причин проблем.
Самодіагностика допомагає підтримувати автомобіль у робочому стані, вчасно виявляти можливі несправності та вживати заходів щодо їх виправлення, що в свою чергу сприяє безпеці на дорозі та збереженню пального.
3.5. Характеристика об'єктів автомобіля
3.5.1. Характеристика об'єктів діагностування
Об’єкт технічного діагностування (контролю) – автомобіль та (або) його складові, що підлягають діагностуванню (контролю).
Автомобіль як матеріальний об’єкт технічного діагностування є складною системою. Загальна кількість діагностичних параметрів досягає кількох сотень, а кількість окремих підсистем та механізмів – кілька десятків.
У міру електронізації автомобіля кількість діагностичних параметрів значно зросла. Особливості розв’язання задач діагностування визначаються насамперед особливостями об’єктів.
Вибір конкретних об’єктів діагностування, структурних, ресурсних та функціональних параметрів машин є одним із першочергових завдань, що визначають зміст подальших розробок у технічній діагностиці. Основні об’єкти діагностування автомобіля наведені у спрощеному вигляді в таблиці 3.1. Типи та назви вимірюваних діагностичних параметрів наведено в таблиці 3.2.
3.5.2. Характеристика режимів діагностування (контролю) та граничних станів машини
Що складніша система, то більше умови та режим вимірювання діагностичних параметрів (режим діагностування) позначаються на її параметрах.
Режим – це поєднання швидкості (лінійної або кутової), сил, що переборюються, опору (корисного і шкідливого навантаження) і робочої температури. Іноді встановлюють окремо швидкісні, навантажувальні (силові) та температурні режими. Виокремлюють режими часткові, реальні та повні.
Реальний – характерний робочий режим (наприклад, рух рівною дорогою з повним навантаженням і нормальною швидкістю, наприклад, 60 км/год). Повний режим – максимально можливий для об’єкта. Частковий (скорочений) режим – невелика швидкість, неповне або нульове завантаження, невелика температура тощо. У тестовому режимі на вхід об’єкта подають сигнал, достатній для отримання відгуку на виході і оцінювання технічного стану об’єкта. Наприклад, силові електричні системи перевіряють тестером з батареєю на 1,5 В.
Встановлений (статичний) режим – постійна швидкість, навантаження, температура (рух горизонтальною дорогою з постійною швидкістю; рівномірний рух на затяжному спуску з постійним пригальмовуванням).
Невстановлені (динамічні) режими – розгін, рух за інерцією з відключеним двигуном або роз’єднаною трансмісією (вибіг), гальмування зі втратою швидкості.
Одні діагностичні операції виконують на об’єкті, що не працює. Інші – на працюючому в часткових режимах. Операції діагностування часто вимагають повних режимів, оскільки:
– деякі несправності виявляються лише у повних режимах;
– вимоги встановлені нормативними документами для реальних чи повних режимів та передбачають перевірку працездатності об’єкта у реальних умовах, а не в умовах перевірки на стендах діагностики.
Нарешті, є група перевірок, пов’язаних з безпечністю руху, коли краще довести автомобіль до поломки під час діагностування і тим самим запобігти небезпечнішому випадку – раптовій поломці в умовах реальної роботи. Тому коли починають ранжувати вимоги до автомобіля, завжди потрібно ставити на перший план вимоги безпеки для людей і роботи автомобіля.
До уваги!
Основним критерієм граничного стану автомобіля є екстремальне значення параметра, яке допускається технічними умовами. Однак сам хід процесу зміни вихідних параметрів та наявність зон їх різкого зростання також є критеріями для встановлення максимально допустимих значень Хmах.
Можливі три основні групи критеріїв:
– в результаті зношування або інших пошкоджень відбувається стрибкоподібна зміна стану автомобіля і він перестає функціонувати. Наприклад, втрата герметичності резервуара під час корозії, заклинювання агрегата під час його зносу, поломка деталі внаслідок крихкого руйнування тощо. Тут, як правило, важко робити висновки за вихідним параметром про близькість до граничного стану, тому доцільно регламентувати максимально допустиму ступінь пошкодження Хmах;
– внаслідок процесу пошкодження з’явилася зона інтенсивного зростання вихідних параметрів машини – зростання вібрацій, температури, шуму. Тут навіть якщо ці параметри ще перебувають у допустимих межах, необхідно встановити значення Хmах, що відповідає початку інтенсифікації процесу втрати працездатності;
– основний випадок призначення Хmах – коли процес пошкодження не має екстремальних зон та вихідні параметри визначаються встановленими на агрегат технічними умовами.
3.6. Види діагностики. Діагностичні карти
Автотранспортне підприємство організовує і проводить діагностування автомобіля перед уведенням в експлуатацію, в процесі експлуатації згідно з рекомендаціями автомобільних заводів і чинних керівних документів.
Результати кожного діагностування автомобіля заносять до діагностичної і накопичувальної карт. За результатами діагностування приймають рішення про можливість подальшої експлуатації автомобіля з призначеним ресурсом після проведення ТО або про потребу ремонту. Обсяг робіт, що підлягають виконанню під час ТО і ремонту, визначають на основі діагностування.
Рис. 3.7. Пост діагностування легкових автомобілів
Діагностична карта призначена для реєстрації результатів діагностування в усіх випадках діагностування і прийняття рішення про необхідні роботи під час ТО і ремонту автомобіля. Діагностична карта є вихідним документом під час виконання накопичувальної карти у всіх випадках діагностування.
Накопичувальна карта призначена для нагромадження інформації про зміни діагностичних параметрів у процесі експлуатації автомобіля, збирання вихідних даних для прогнозування залишкового ресурсу і ймовірності безвідмовної роботи в межах міжконтрольного періоду. Накопичувальна карта ведеться на кожен автомобіль протягом усього терміну його експлуатації. У разі передачі автомобіля в іншу організацію накопичувальну карту передають разом із ним.
До уваги!
В АТП розрізняють такі види діагностування рухомого складу: загальне діагностування Д-1 з періодичністю ТО-1 (як частину його обсягу), та поглиблене діагностування Д-2, яке роблять за один–два дні до ТО-2 для виявлення потреби в ремонті агрегатів автомобіля та причин зниження його економічних показників.
Загальне діагностування Д-1 призначене головним чином для механізмів, які гарантують безпеку руху (ГБР); поглиблене діагностування Д-2 – для виявлення причин зниження потужності двигуна і потреби в ремонті агрегатів автомобіля. Крім того, засоби Д-1 застосовують для заключної діагностики механізмів гарантування безпеки руху автомобіля після ТО-2 і ПР, засоби Д-2 – для уточнення потреби у великому ПР та перевірки якості його виконання.
Питання для самоперевірки
1. Що вважається технічною діагностикою?
2. Яке основне призначення діагностики?
3. Які завдання технічного діагностування?
4. Охарактеризуйте три типи завдань для визначення стану об’єктів діагностики.
5. Проаналізуйте поняття «дефект» і «несправність».
6. Назвіть процеси визначення технічного стану виробу.
7. Проаналізуйте поняття «самоконтроль» та «самодіагностика».
8. Перерахуйте об’єкти діагностування автомобілів.
9. Назвіть типи вимірюваних діагностичних параметрів.
10. Опишіть режими діагностування автомобіля.
11. Опишіть групи критеріїв граничного стану агрегатів.
12 Яке призначення діагностичної і накопичувальної карт?