Расчет целесообразного периода диагностирования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Таблица 2

Диагностические признаки виброакустического состояния шестеренного насоса агрегата 760Б и 4001, характеризующие проявление основных дефектов насоса

Дефект Причина дефекта Диагностический признак

1. «Колебание давления топлива в двигателе» Величина коэффициента перекрытия зубчатого зацепления насоса < 1 Для спектрограмм вибросостояния сборок шестеренных насосов характерны повышенные амплитуды зубцовых гармоник о сравнению с «эталонным» (контрольным) образцом насоса

2. «Падение оборотов двигателя и его останов» и «Не запуск двигателя» Резкое увеличение момента сил трения в паре трения «торцы зубьев шестерен — подпятник» вследствие перекоса шестерен Для спектрограмм вибросостояния сборок шестеренных насосов характерны наличие в спектре оборотных (кратные 87 Гц) и зубцовых (кратные 664 Гц) составляющих вибросигнала, а также отчетливо выделяемая «шумовая» компонента спектра в высокочастотной области (около 4000 Гц).

3. «Наличие стружки в фильтре» Неэффективная работа разгрузочных канавок, предназначенных для сброса давления рабочей жидкости из замкнутого межзубного пространства Для спектрограмм вибросостояния сборок шестеренных насосов характерны наличие в спектре оборотных (кратные 87 Гц) и зубцовых (кратные 664 Гц) составляющих вибросигнала, которые отчетливо выделяются в высокочастотной области (около 4000 Гц).

Библиографический список

I. Штриплинг Л.О., Аистов И.П., Посивенко И.И. Опыт повышения ресурса шестеренных насосов на примере устранениядефекта «Колебание давления топлива». // Известия вузов. Машиностроение. - 2003. - № 12. — С. 15-19.

3. Аистов И.П., Смирнов В.Д., Штриплинг Л.О. Анализ причин возникновения дефекта «Падение оборотов двигателя» для шестеренных насосов авиационного назначения. // Известия вузов. Машиностроение. — 2004. — №11. — С. 25-28.

4. Аистов И.П. Оценка динамических нагрузок, действующих в зубчатом зацеплении шестеренного насоса авиационного назначения. // Известия вузов. Машиностроение. - 2005. - № 2. - С. 23-26.

5. Аистов И.П. Определение радиальных нагрузок на подшипниковые опоры шестеренных насосов. // Известия вузов. Машиностроение. - 2005. - № 3. — С. 35-39.

6. Костюков В.Н. Синтез инвариантных диагностических признаков и моделей состояния агрегатов для целей диагностики. // Омский научный вестник. — 2000. — №12, декабрь, С. 77 — 81.

7. Костюков В.Н. Обобщенная диагностическая модель виброакустического сигнала периодического действия // Омский научный вестник. — 1999. — №6, март, С. 37-41.

АИСТОВ Игорь Петрович, к.т.н., доцент кафедры «Промышленная экология и безопасность».

Дата поступления статьи в редакцию: 11.01.06 г. © Аистов И.П.

УДК (29.424.001.1 с М- ОВЧАРЕНКО

Омский государственный университет путей сообщения

з <

о

РАСЧЕТ ЦЕЛЕСООБРАЗНОГО ПЕРИОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

В статье рассматриваются вопросы организации диагностического процесса на основе анализа энтропийных свойств объекта. Надежностные характеристики составных элементов системы определяют динамику энтропии системы на интервале эксплуатации. Оценка удельных показателей эффективности получения информации позволяет принять решение о целесообразности проведения диагностических операций.

Тепловоз является сложной технической системой, состоящей из множества функционально взаимосвязанных систем и узлов. Задача перехода на ремонт с учетом или по фактическому состоянию может быть решена при условии своевременного получения информации о текущем состоянии тепловоза. Для этого в процесс ремонта и эксплуата-

ции тепловозов включают систему диагностирования, состоящую из комплекса методов, средств и правил проведения диагностических операций.

Применение переносных или стационарных средств диагностирования предполагает отвлечение тепловоза из эксплуатации, что снижает коэффициент его технического использования. Задача,

связанная с расчетом периодичности диагностирования отдельных групп узлов тепловоза, может быть решена на основе информации о надежности их работы.

Множество случайных факторов, влияющих в эксплуатации на процессы износа, старения, снижения экономичности определяют наработку до отказа как величину вероятностную, проявляющуюся, в общем случае, с определенной закономерностью. Эти закономерности описываются известными законами распределения случайных величин. Для тепловозных систем наиболее часто используются экспоненциальный, нормальный, логарифмически-нормальный, равномерный и гамма-распределение.

Процесс диагностирования — это процесс получения информации. Поэтому в качестве математического аппарата вполне может быть использован аппарат теории информации в приложении к диагностированию [1]. Для характеристики технической системы используется понятие энтропии, определяющей степень ее неопределенности. В процессе диагностирования реализуется процесс получения информации, при этом происходит снижение энтропии системы на значение полученной информации. Энтропия системы или степень неопределенности зависит от вероятностей нахождения системы в исправном и неисправном состоянии

Н(Ь)= - Р„(Ь)1ое2(Рн(Ь))- Рр(Ь)1оё(Рр(Ь)), (1)

где РИ(Ь) — вероятность неработоспособного состояния системы на пробег Ь,

Рр(Ь) — вероятность работоспособного состояния системы на пробег Ь.

Количество информации, получаемой в процессе диагностирования

I,- Н(Ь)- Н(Ь/1). (2)

где Н(Ь/0 — энтропия системы, после проведения диагностирования ьго элемента.

Для рационального решения диагностических задач применяют принцип блочнс-функциональной декомпозиции. Используя этот принцип, тепловоз можно представить в виде системы, состоящей из нескольких уровней. На каждом уровне декомпозиции тепловоз представлен в виде конечного множества элементов. Надежностные характеристики каждого элемента на принятом уровне декомпозиции будут определять надежностные характеристики тепловоза в целом как системы.

Наработка, тью. км

Рис. 1. Динамика энтропии системы

Вероятность неработоспособного состояния ¿-го элемента на момент наработки Ь при условии нормального закона распределения наработки до отказа определяется

Вероятность работоспособного состояния ¡-го элемента

I- Р„,(Ь). (4)

Вероятность работоспособного состояния системы

'^)=ПРиС'). (5)

Вероятность неработоспособного состояния системы

рр(/-)=1-ПрР1^). (6)

В начальный момент эксплуатации эптропия системы будет равна нулю, так как надежно известно, что система находится в исправном состоянии. При наработке близкой или приближающейся к значению, соответствующему отказу всех элементов значение энтропии также приблизится к нулю. Таким образом, можно констатировать, что значение энтропии системы первоначально возрастает, затем меняется в зависимости от параметров надежности элементов системы и в конечном итоге снижается до нулевого значения. Принимая во внимание тот факт, что процесс диагностирования связан со значительными затратами, возникает вопрос целесообразности проведения диагностических операций в конкретный момент эксплуатации тепловоза. Совершенно очевидно, что при малых значениях энтропии тепловоза процесс диагностирования становиться нецелесообразным, так как количество полученной информации будет минимальным, недостаточным для принятия решения.

На рис. 1 приведен пример графического представления динамики энтропии системы, состоящей из пяти элементов, имеющих нормальные законы распределения наработки до отказа с параметрами Ц = 80тыс. км, <т, = 20тыс.км, Ц = 95тыс. км, а2 = 22тыс.км, Ц= 120 тыс. км, 03 = 29тыс.км, Ь4= =111 тыс. км, а4 = 29 тыс.км, Ц = 92 тыс. км, <т3 = 26 тыс.км, на интервале эксплуатации. Принятие решения о целесообразности проведения диагностических операций должно осуществляться по принятому критерию. В качестве такого критерия Кд можно принять относительное количество информации, получаемое в процессе диагностирования к затратам на диагностические операции или к повышению уровня надежности тепловоза.

Каждый элемент диагностируется отдельным диагностическим средством, поэтому затраты на проведение диагностических операций будут различны. Также будет разным и количество информации, получаемое при диагностировании. Обозначим через затраты на проведение диагностических операций ¡-го элемента и через 1,(1) количество информации, получаемое при диагностировании системы по Ьму элементу. Значение 1:(1) будет определяться надежностными характеристиками контролируемых элементов, то есть исходной энтропией системы. Относительное количество информации, получаемое на единицу затрат

Ё о

О 50 100

Наработка, тыс.км

Рис. 2. Количество информации, получаемой при диагностировании: 1 - первого элемента; 2 - второго элемента; 3 - третьего элемента; 4 - четвертого элемента; 5 - пятого элемента

мп-

15С

(7)

Относительное количество информации, получаемое на единицу надежности тепловоза

1,(0

м>=

(8)

РрО)-

где Р(11(1) — вероятность безотказной работы тепловоза на наработку 1 после диагностирования по ¡-му элементу.

После диагностирования тепловоза по ¿-му элементу его надежность повышается до значения

РР(1) = ПРР;(1).

(9)

Снижение надежности работы тепловоза приводит к дополнительным затратам, определяемым функциональным назначением (последствиями отказа) и трудоемкостью ремонта ¿-го узла. Таким образом, можно установить удельные затраты (экономию) от снижения (повышения) надежности работы тепловоза. Критерием, позволяющим оценить целесообразность проведения диагностических операций, может быть

кл(0-

Ы11

МО'

(Ю)

Условием целесообразности является Кд(1) > 1. На рис. 2 показана динамика количества информации, получаемой в результате диагно-

стирования по Ьму элементу. Как видно из расчетов, при эксплуатации системы наступает период, когда ее техническое состояние однозначно определяется надежностными характеристиками элементов, то есть вероятность отказа системы настолько велика, что проведение диагностирования приводит к повышению энтропии системы. В этом случае количество получаемой информации принимает отрицательные значения. Это означает, что диагностирование узлов локомотива приближает по значению вероятности работоспособного и неработоспособного состояния, то есть вероятность работоспособного состояния увеличивается. Разработка и применение критериев, оценивающих целесообразность и эффективность проведения диагностических операций, позволяет организовать диагностический процесс с минимальными затратами.

Проведение диагностических операций связано с затратами. Когда эти затраты превышают достигаемый эффект, диагностический процесс становится нецелесообразным. Для оценки целесообразности проведения диагностических операций предлагается критерий, рассчитываемый по удельным значениям количества получаемой информации.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1) надежностные характеристики составных элементов объекта диагностирования определяют энтропийные свойства объекта на интервале эксплуатации;

2) количество получаемой информации при проведении диагностирования по конкретному элементу в определенный момент времени различно;

3) удельные показатели, такие как экономия средств от повышения надежности объекта на единицу количества получаемой информации или количество информации получаемой на единицу затрат, связанных с проведением диагностических операций, позволяет оценить целесообразность проведения диагностических операций по контролю того или иного элемента объекта на определенный момент эксплуатации системы.

Библиографический список

1.Биргер И. А. Техническая диагностика. - М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.

ОВЧАРЕНКО Сергей Михайлович, кандидат технических наук, доцент, докторант; кафедра «Локомотивы».

Дата поступления статьи в редакцию: 05.12.05 г. © Овчаренко С.М.