DIAGNOSTYKA LOGICZNA W OCENIE STANU TECHNICZNEGO NOWOCZESNYCH CIĄGNIKÓW ROLNICZYCH

Transkrypt

1 I N Ż YNIERIA R OLNICZA A GRICULTURAL E NGINEERING 2013: Z. 4(147) T.1 S ISSN Polske Towarzystwo Inżyner Rolncze DIAGNOSTYKA LOGICZNA W OCENIE STANU TECHNICZNEGO NOWOCZESNYCH CIĄGNIKÓW ROLNICZYCH Potr Ryback, Czesław Rzeźnk, Karol Durczak Instytut Inżyner Bosystemów, Unwersytet Przyrodnczy w Poznanu Streszczene. Precyzyne określene stanu techncznego maszyn rolnczych wpływa na akość obsług technczne oraz e koszty. Dagnostyka klasyczna oparta edyne na zaobserwowanych zawskach lub wykonanych pomarach obarczona est dużym błędem. W pracy przedstawono metodę dagnozowana opartą na logczne analze symptomów uszkodzeń, z wykorzystanem wedzy technczne. Weryfkac metody dokonano dagnozuąc podnośnk hydraulczny cągnka rolnczego, w którym zaobserwowano, ż ne utrzymue on założone wysokośc podnoszena. Przedstawona metoda ma charakter unwersalny może być wykorzystywana do dagnostyk nnych zespołów, wymaga ednak technczne wedzy o możlwych nesprawnoścach oraz wywoływanych symptomach. Słowa kluczowe: cągnk rolnczy, podnośnk hydraulczny, dagnostyka, nezawodność Wprowadzene Maszyny rolncze podczas eksploatac ulegaą fzycznemu starzenu na skutek zużywana sę ch częśc, spowodowanego procesam: tarca, koroz, zmęczena materału tp. Zużywane sę częśc zmena charakterystyk eksploatacyne maszyn, ch sprawność oraz zmnesza nezawodność (Ryback n., 2010; Ryback, 2011; Rzeźnk, 2008; Szczepanak, 2010; Tomczyk, 2007; 2009). Na ogół ne ma możlwośc dokładnego ustalena loścowego wpływu poszczególnych czynnków. Zatem należy założyć, że w podobnych warunkach pracy, w takm samym okrese użytkowana maszyny, procesy starzena mogą meć różny przebeg (Tomczyk, 2005; 2008). Wynka stąd koneczność przeprowadzana okresowych proflaktycznych kontrol stanu maszyn, umożlwaących z dużym prawdopodobeństwem ustalene termnu zakresu wykonana obsług technczne (Plzga, 2008). Problematyką badana oceny stanu techncznego maszyn zamue sę dagnostyka, w zakrese które realzowany est proces dagnozowana. Do zadań procesu dagnozowana należy zalczyć: osłuchwane oraz oględzny zewnętrzne, kontrola analza parame-

2 Potr Ryback, Czesław Rzeźnk, Karol Durczak trów pracy, pomary oględzny częśc podczas przeglądów lub napraw, badana, dentyfkaca klasyfkaca uszkodzeń oraz ch symptomów oraz opracowane metod środków do badana selekc symptomów. Celem dagnozowana est równeż wypracowane decyz dagnostycznych o stane maszyny (Plzga, 2008; Rzeźnk n., 2003; Żółtowsk n. 2004). Z analz lteraturowych wynka, że dagnostyczna ocena stanu maszyn była realzowana w różnym zakrese, od początku stnena urządzeń techncznych. Na każdym etape rozwou technk stosowana była dagnostyka na marę możlwośc danego okresu. Rozwó technk pomarowych, a w szczególnośc rozwó zastosowań elektronk, w zdecydowany sposób rozszerzyły możlwośc wprowadzena coraz doskonalszych efektywneszych pośrednch metod oceny stanu techncznego maszyn. Pośredne metody dagnozowana charakteryzuą sę ednak dużą subektywnoścą, dlatego poszukue sę naukowych, bezpośrednch metod oceny stanu techncznego. Cel pracy Celem pracy est przedstawene możlwośc wykorzystana dagnostyk logczne w ocene stanu techncznego zespołów cągnków rolnczych na przykładze podnośnka hydraulcznego z zaobserwowanym symptomem, obawaącym sę tym, że podnośnk hydraulczny ne utrzymue założone wysokośc podnoszena. Metodyka realzac pracy, wynk, dyskusa Ideą dagnostyk ogólne est stawane dagnozy edyne na podstawe zareestrowane lczby merzalnych zawsk. Okazue sę ednak, że w celu zwększena efektywnośc, warygodnośc szybkośc stawana dagnozy warto w procese dagnostyk uwzględnać wedzę technczną dotyczącą obserwowanego systemu (maszyny). Dagnostyka logczna opera sę przede wszystkm na logczne analze poawaących sę symptomów towarzyszących różnym uszkodzenom. Pozwala ona wykorzystać pewne relace zachodzące mędzy kombnacą obserwowanych symptomów, a poawaącym sę uszkodzenam. Wedza technczna, ak równeż beżący stan systemu, na który składa sę zbór zachodzących symptomów towarzyszący zborow uszkodzeń, opsywane są przy pomocy prostych zdań logcznych. Wykorzystuąc wedzę technczną można mędzy nnym wyelmnować część nemożlwych do zastnena kombnac symptomów uszkodzeń. Wykorzystane metod dagnostyk logczne wymaga uporządkowana podstawowych danych: x, y,... oznaczena cech (symptomów/uszkodzeń), X, Y,... charakterystyka cech x, y,..., np. w systeme występue cecha y Y, X, Y,... w systeme ne występuą cechy x, y,..., XY = X Y w systeme występuą cechy x oraz y, X + Y = X Y w systeme występue przynamne edna z cech x lub y, X Y eżel w systeme występue cecha x, to występue cecha y, S() w systeme występue -ty symptom, U() w systeme występue -te uszkodzene. 272

3 Dagnostyka logczna... Na podstawe powyższych oznaczeń po określenu zborów n symptomów oraz m uszkodzeń dla obserwowanego systemu, w dagnostyce logczne konstruue sę funkce bullowske: wedzy technczne E[S(1), S(2),..., S(n), U(1), U(2),..., U(m)], symptomów G[S(1), S(2),..., S(n)], nesprawnośc f[u(1), U(2),..., U(m)]. W czase użytkowana cągnka mogą wystąpć usterk powodowane zużywanem sę częśc podnośnka, rozregulowanem zespołów lub neprawdłową obsługą. Do naczęśce poawaących sę symptomów należą: S(1) podnośnk hydraulczny ne utrzymue założone wysokośc, S(2) ole pen sę est wyrzucany przez odpowetrznk, S(3) hałaślwa praca pompy hydraulczne, S(4) ole przegrzewa sę w czase pracy (temperatura osąga º C powyże temperatury otoczena), S(5) brak stałego docążena lub wartość docążena ne zmena sę przy przesuwanu dźwgn szybkość reakc. Powyższe symptomy mogą towarzyszyć następuącym uszkodzenom: U(1) zużyte tłokowe perścene uszczelnaące, U(2) neszczelny zawór bezpeczeństwa cylndra, U(3) zużyte suwak lub korpus rozdzelacza, U(4) zbyt nsk pozom oleu hydraulcznego, U(5) neszczelność w przewodze ssącym pompy, U(6) zaneczyszczony kosz ssący, U(7) zaneczyszczony fltr oleu zawór przecążenowy, U(8) wgnecena lub załamana przewodów oleowych, U(9) uneruchomony tłoczek zaworu docążena, U(10) uneruchomony tłoczek urządzena rozdzelczego w rozdzelaczu. Wedza technczna dotycząca użytkowana podnośnka hydraulcznego cągnka rolnczego pozwala na sformowane następuących stwerdzeń: eżel nastąpło zużyce tłokowych perścen uszczelnaących U(1) lub wystąpła neszczelność zaworu bezpeczeństwa cylndra U(2) lub nastąpło zużyce suwaków korpusu rozdzelacza U(3), to podnośnk hydraulczny podnos, lecz po chwl opada S(1); eżel nastąpło zużyce suwaków lub korpusu rozdzelacza U(3), to występue brak stałego docążena lub welkość docążena ne zmena sę przy przesuwanu dźwgn szybkośc reakc S(5); eżel w układze est zbyt nsk pozom oleu U(4) lub występue neszczelność w przewodze ssącym pompy U(5), to pen sę on est wyrzucany przez odpowetrznk zbornka S(2); eżel kosz ssący est zaneczyszczony U(6), to pompa hydraulczna pracue hałaślwe S(3); eżel zaneczyszczony est fltr oleu zawór przecążenowy U(7) lub występuą wgnecena załamana przewodów oleowych U(8), to ole przegrzewa sę w czase pracy S(4); 273

4 Potr Ryback, Czesław Rzeźnk, Karol Durczak eżel nastąpło uneruchomene tłoczka zaworu docążana U(9) lub nastąpło uneruchomene tłoczka rozdzelacza U(10), to występue brak docążana lub ego welkość ne zmena sę przy przestawenu dźwgn szybkośc reakc S(5); eżel wystąpł co namne eden z symptomów S(1), S(2), S(3), S(4), S(5), to doszło do co namne ednego uszkodzena U(1), U(2), U(3), U(4), U(5), U(6), U(7), U(8), U(9), U(10). Na podstawe powyższe wedzy technczne wyrażane ęzykem naturalnym można skonstruować bullowską funkcę wedzy technczne będące loczynem poszczególnych zadań logcznych reprezentuących podane stwerdzena, równane (1): E[ S(1), S(2), S(3), S(4), S(5), U (1), U (2), U (3), U (4), U (5), U (6), U (7), U (8), U (9), U (10)] E = [ U (1) + U (2) + U (3) S(1)][ U (4) + U (3) S(2)][ U (6) S(3)][ U (7) + U (8) S(4)] [ U (9) + U (10) S(5)][ U (1) + U (2) + U (3) + U (4) + U (5) + U (6) + U (7) + U (8) + U (9) + + U (10) S(1) + S(2) + S(3) + S(4) + S(5)] (1) Analzę stanu techncznego określene nesprawnośc przeprowadzono dla symptomu obawaącego sę tym, że w analzowanym układze podnośnk hydraulczny podnos, lecz ne utrzymue założone wysokośc. Bullowską funkcę symptomów przedstawa równane (2): G [ S(1), S(2), S(3), S(4), S(5)] G = S(1) S(2) S(3) S(4) S(5), (2) W podobny sposób uzyskue sę bullowską funkcę nesprawnośc, równane (3): f [ U (1), U (2), U (3), U (4), U (5), U (6), U (7), U (8), U (9), U (10 )] = U (1) U (2) U (3) U (4) U (5) U (6) U (7) U (8) U (9) U (10 ) f = (3) W rzeczywstośc, z punktu wdzena dagnostyk logczne, bullowską funkcę nesprawnośc f uzyskue sę na podstawe wedzy technczne E oraz stanu systemu wyznaczonego przez zaobserwowane symptomy G. Aby wyznaczyć funkcę nesprawnośc f należy rozwązać układ dwóch równań bullowskch, równane (4): S(1) S(2) S(3) S(4) S(5) G [ U(1) U(2) U(3) S(1)][ U(3) S(5)][ U(4) U(5) S(2)][ U(6) S(3)] (4) E [ U(7) U(8) S(4)][ U(9) U(10) S(5)][ U(1) U(2) U(3) U(4) U(5) + U(6) + U(7) + U(8) + U(9) + U(10) S(1) + S(2) + S(3) + S(4) + S(5)] z perwszego równana wyznaczono: S( 1) orazs(2) S(2) = 0; S(3) S(3) = 0; S(4) S(4) = 0; S(5) S(5) = 0 (5) 274

5 Dagnostyka logczna... podstawono do drugego równana, w którym wyznaczono, że: U (1) + U(2) + U(3) S(1) U (3) S(5) U (4) + U(5) S(2) U (6) S(3) U (7) + U(8) S(4) U (9) + U(10) S(5) U(1) + U(2) + U(3) + U(4) + U(5) + U(6) + U(7) + U(8) + U(9) + U(10) S(1) + S(2) + S(3) + S(4) + S(5) U (1) + U(2) + U(3) 1= 1 U (1) U(2) = 0 U (3) 0 U (3) = 0 U (4) + U(5) 0 U (4) = 0 U(5) = 0 U (6) 0 U (6) = 0 U (7) + U(8) 0 U (7) = 0 U(8) = 0 U (9) + U(10) 0 U (9) = 0 U(10) = 0 U(1) + U(2) + U(3) + U(4) + U(5) + U(6) + U(7) + U(8) + U(9) + U(10) U(1) = 0 U(2) Zatem funkca nesprawnośc ma postać, (równane 7): (6) f = U ( 1) U (2) U (3) U (4) U (5) U (6) U (7) U (8) U (9) U (10 ), (7) co oznacza, że edyne na podstawe wedzy technczne, ak zaobserwowanych symptomów można stwerdzć w akm stane techncznym znadue sę podnośnk hydraulczny cągnka rolnczego. Występuą w tym równanu ednak dwa uszkodzena (U(1), U(2)), co wymaga doprecyzowana dagnozy. Uszczegółowć dagnozę pozwol tzw. zredukowana baza logczna. Bazę logczną stanową wszystke możlwe kombnace symptomów oraz uszkodzeń wyznaczaących ednoznaczne stany, w których może znadować sę podnośnk hydraulczny. W analzowanym przykładze, przy pęcu symptomach oraz dzesęcu uszkodzenach, podnośnk może znadować sę w ednym z =2 15 =32768 stanach. Bazę logczną można rozpatrywać łączne lub oddzelne dla poszczególnych uszkodzeń symptomów, po przyęcu założeń: w -tym werszu bazy znadue sę -ta cecha systemu, baza składa sę z 2 k kolumn, gdze k oznacza lczbę cech wpsanych do bazy, każdy -ty wersz bazy należy wypełnć poprzez wypsane na przeman 2-1 zer oraz 2-1 edynek (wypełnaąc wszystke kolumny). Przedstawony sposób wypełnana bazy pozwol w prosty sposób utożsamć zaps C bądź C z zestawem odpowednch cech, gdze, w zapse dwókowym wyznaczać będze wartość każde cechy. 275

6 Potr Ryback, Czesław Rzeźnk, Karol Durczak Uwzględnene wedzy technczne w skonstruowane baze logczne pozwala ą zredukować, przez wyelmnowane kombnac wartośc nemożlwych do uzyskana w rzeczywstośc.zatem dla U ( 1) + U (2) + U (3) S(1) można stwerdzć, że eżel w systeme występue uszkodzene U (1) lub U (2) lub U (3), to zachodz symptom S (1) ne możlwe est tym samym, aby ten symptom ne zachodzł, co pozwala na wyelmnowane częśc kolumn z bazy logczne. Wykonuąc analogczną analzę dla każdego czynnka funkc wedzy technczne można wyelmnować wszystke zbędne kolumny. W analzowanym przykładze, gdy podnośnk hydraulczny cągnka podnos, lecz ne utrzymue założone wysokośc, to mamy G = S( 1) S(2) S(3) S(4) S(5), a funkca nesprawnośc wyznaczona na podstawe zredukowane bazy logczne przymue postać f = C1 + C2 + C3, co oznacza, że w zastnałe sytuac ne można ednoznaczne stwerdzć, który zestaw nesprawnośc wystąpł w podnośnku hydraulcznym. Rozwązać ten problem można stosuąc rachunek prawdopodobeństwa wzór Bayesa. W naprostszym przypadku wzór Bayesa pozwol odpowedzeć na pytane, który zestaw nesprawnośc est nabardze prawdopodobny pod warunkem wystąpena określone kombnac symptomów, (równane 8): C P( C ) P( C C ) P =, (8) m C P( C ) P( C C ) 2 1, = 0 gdze: P C ) prawdopodobeństwo wystąpena w systeme kombnac uszkodzeń C, P ( ( C C ) prawdopodobeństwo poawena sę w systeme kombnac symptomów C towarzyszących kombnac uszkodzeń C (wyznaczone na podstawe obserwac systemu podczas ego eksploatac). Okazue sę, że powyższy wzór Bayesa można uogólnć na dowolną funkcę nesprawnośc f oraz funkcę symptomów G, (równane 9): P f = G G f m 2 1. G, = 0 P( C ) P( C P( C ) P( C C C ) ), (9) Aby wykorzystać powyższe wzory w praktyce pozostae edyne określć potrzebne prawdopodobeństwa. W tym celu przeprowadzono badana 106 cągnków ednego producenta, te same mocy, obsługwanych w autoryzowanym zakładze serwsowym, w których w 45 nastąpło awaryne uszkodzene podnośnka hydraulcznego, tabela

7 Dagnostyka logczna... Tabela 1 Prawdopodobeństwa wystąpena uszkodzeń podnośnka hydraulcznego cągnka rolnczego Table 1 Probablty of damage to the agrcultural tractor hydraulc ack Lczba poszczególnych uszkodzeń U(1) U(2) U(3) U(4) U(5) U(6) U(7) U(8) U(9) U(10) podnośnka U () Lczba symptomów S() dla poszczególnych uszkodzeń podnośnka U () Prawdopodobeństwo wystąpena uszkodzena U () podnośnka cągnka rolnczego P[ U ( )] Prawdopodobeństwo P [ S( ) / U ( )] wystąpena symptomu S () towarzyszącemu uszkodzenu U () S(1) S(2) S(3) S(4) S(5) ,12 0,07 0,09 0,00 0,08 0,00 0,03 0,04 0,00 0,00 S(1) 0,85 0,86 0,90 0,00 0,88 0,00 0,67 0,75 0,00 0,00 S(2) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 S(3) 0,77 0,86 0,90 0,00 0,88 0,00 0,67 0,50 0,00 0,00 S(4) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,33 0,25 0,00 0,00 S(5) 0,77 0,71 0,40 0,00 0,75 0,00 0,67 0,75 0,00 0,00 Jak wdać w tabel 1 prawdopodobeństwo wystąpena uszkodzena P[U(1)] wynos 0,12, a prawdopodobeństwo uszkodzena P[U(2)] wynos 0,07, w zwązku z czym: P( C0 ) = P[ U (1) U (2)] = P[ U (1)] P[ U (2)] = 0,88 0,93 = 0,818 P ( C 1 ) = P[ U (1) U (2)] = P[ U (1)] P[ U (2)] = 0,12 0,93 = 0,112 (10) P( C2 ) = P[ U (1) U (2)] = P[ U (1)] P[ U (2)] = 0,88 0,07 = 0,062 P( C3 ) = P[ U (1) U (2)] = P[ U (1)] P[ U (2)] = 0,12 0,07 = 0,008 Z powyższych oblczeń wynka, że nabardze prawdopodobne (81,8%) est wystąpene kombnac C 0, czyl brak nesprawnośc. Z 11,2% prawdopodobeństwem może wystąpć C 1, a z 6,2% prawdopodobeństwem może wystąpć C 2. Jak wdać z ponższych oblczeń, okazue sę, że w dagnozowanym układze, gdy podnośnk hydraulczny podnos, lecz ne utrzymue założone wysokośc, to nabardze prawdopodobną sytuacą est zużyce tłokowych perścen uszczelnaących. P C1 1 = 0,715, P C1 1 = 0, 241, C P 3 1 = 0, 044, (11) C C C 277

8 Potr Ryback, Czesław Rzeźnk, Karol Durczak Podsumowane Przeprowadzone badana oraz analza wynków pozwala na sformowane następuących wnosków: 1. W dagnozowanym w pracy podnośnku hydraulcznym, ścśle określonego typu cągnka, w którym ne utrzymywał on założone wysokośc, z dużym prawdopodobeństwem (71,5%) można stwerdzć, że zużycu uległy tłokowe perścene uszczelnaące. 2. Zaproponowana w pracy metoda dagnozowana zespołów maszyn rolnczych wykorzystuąca równana logczne, wedzę technczną oraz empryczne badana nezawodnośc pozwala na szybką ocenę stanu techncznego precyzyne określene powodów nesprawnośc. 3. Przedstawona metoda ma charakter unwersalny może być wykorzystywana do dagnostyk nnych zespołów, wymaga ednak technczne wedzy o możlwych nesprawnoścach oraz wywoływanych przez ne symptomach. Lteratura Plzga, K. (2008). Dagnostyka wyposażena elektrycznego poazdów rolnczych. Motrol. 10, Ryback, P.; Durczak, K. (2010). Wynk badań uszkodzeń awarynych nowoczesnych cągnków rolnczych. Materały konferencyne. XIV Mędzynarodowa Konferenca Naukowa. Inżynera Rolncza a Środowsko czerwca Szczecn. Ryback, P. (2011). Badana akośc serwsu techncznego maszyn rolnczych metodą SERVQUAL. Journal of Research and Applcatons n Agrcultural Engneerng, 56(2). Wydawnctwo Przemysłowego Instytutu Maszyn Rolnczych, Poznań, Rzeźnk, C. (2008). Podstawy obsług technczne maszyn rolnczych. Wydawnctwo Akadem Rolncze m. Augusta Ceszkowskego w Poznanu, ISBN Rzeźnk, C.; Molńska, A. (2003). The problems of ratonalzaton of dagnostc test of machnes. Acta Scentarum Polonorum. Technca Agrara. 2(2), 3-8. Szczepanak, J. (2010). Badane uszkodzeń nowoczesnych cągnków rolnczych w aspekce nezawodnośc. Praca magsterska. Unwersytet Przyrodnczy w Poznanu. Maszynops. Tomczyk, W. (2005). Uwarunkowana raconalnego procesu użytkowana maszyn urządzeń rolnczych. Inżynera Rolncza, 7(67), Tomczyk, W. (2007). Analza warunków sposobów przechowywana maszyn rolnczych w aspekce ch zużyca korozynego. Inżynera Rolncza, 7(95), Tomczyk,W. (2008). Aspekty ekonomczne ekologcznych procesów odnowy eksploatac maszyn urządzeń. Inżynera Rolncza, 9, Tomczyk, W. (2009). Obsług technczne w procese odnowy utrzymana maszyn urządzeń rolnczych. Inżynera Rolncza, 6(115), Żółtowsk, B.; Cempel, C. (2004). Inżynera dagnostyk maszyn. Instytut Technolog Eksploatac, Radom, ISBN

9 Dagnostyka logczna... LOGICAL DIAGNOSTICS IN THE ASSESSMENT OF TECHNICAL CONDITION OF MODERN AGRICULTURAL TRACTORS Abstract. Precse determnaton of the techncal condton of agrcultural machnery affects the qualty of techncal servce and ts costs. Dagnostcs based only on the observed classcal phenomena or measurements made s burdened wth consderable error. The paper presents a method of dagnosng based on logcal analyss of symptoms or damage, usng techncal knowledge. Verfcaton of methods was carred out by dagnosng a hydraulc lft of an agrcultural tractor, when t was observed that t does not mantan predetermned heghts. The presented method s unversal and can be used for dagnostcs of other unts, however, t requres techncal knowledge on the possble neffcences and the symptoms caused. Key words: agrcultural tractor, hydraulc ack, dagnoss, relablty Adres do korespondenc: Potr Ryback; e-mal: pryback@up.poznan.pl Instytut Inżyner Bosystemów Unwersytet Przyrodnczy w Poznanu ul. Woska Polskego Poznań 279