Netrukus leisimės į kelionę, kuri iš viso truko beveik metus, kol buvo rastas sprendimas. Ji prasidėjo netrukus po to, kai baigiau hidraulikos kursus, kuriuose susipažinau su Roy Sturges iš „RCT Power Services“. Jis buvo girdėjęs apie PicoScope ir norėjo labiau įsitraukti į diagnostiką osciloskopu. Pamaniau, kad tai gera proga parodyti, ką osciloskopas gali, ir kartu praplėsti savo hidraulikos žinias bei patirtį. Be to, tai turėjo padėti geriau suprasti, kaip osciloskopą pritaikyti hidraulikos gedimams tirti.
1 diena
Netrukus sulaukiau skambučio dėl vizito pas Manitou teleskopinį krautuvą. Klientas skundėsi, kad gervės priedas veikia lėčiau nei kitose mašinose. Šią mašiną jau buvo apžiūrėję keli kiti žmonės, tačiau mano planas buvo su PicoScope išsamiau suprasti gedimą ir, tikiuosi, tiksliai nurodyti klientui problemos vietą. Kai atvykau į objektą, tai buvo bene šalčiausia diena, kokią buvau patyręs per ilgą laiką. Snigo, o vėjo sukeltas šaltis atvirame lauke darė buvimą lauke skausmingą. Kol šildėme mašiną, ledas ištirpo, o paskui vėl užšalo! Man net teko užsidėti kepurę!
Kaip ir bet kurį diagnostikos darbą, pradėjome nuo kliento apklausos. Įsitikinę, kad žinome, kaip gedimą pakartoti, galime užtikrinti tikslų patvirtinimą ir patikrinimą po remonto. Šiuo atveju viskas labai paprasta: valdant gervę ji veikė pastebimai lėčiau nei tos pačios serijos mašinoje, o keliant sunkesnius krovinius ją valdyti darėsi vis sunkiau.
Hidraulinio variklio sukimosi greičiui nustatyti ir užfiksuoti naudojome optinį jutiklį, o matavimą įrašėme PicoScope. Mums labai pasisekė, kad objekte buvo kita tos pačios specifikacijos mašina su tokia pačia gerve – galėjome lyginti su žinomai gera mašina. Matavimą atlikome esant maždaug 1400 aps./min. variklio sūkiams (arba kiek įmanoma arčiau), abiem mašinoms pasiekus darbinę temperatūrą. Duodant gervei komandą kelti „aukštyn“, sugedusios mašinos greitis buvo 18 aps./min., o žinomai geros – 29 aps./min.
Patvirtinę gedimą ir turėdami tai pagrindžiančių įrodymų, nusprendėme surinkti daugiau informacijos iš žinomai geros mašinos, kol ji dar buvo pasiekiama. Kadangi kliento skundas buvo susijęs su greičiu, turėjome galvoti apie galimą srauto problemą – juk būtent srautas verčia judėti. Gervę varo hidraulinis variklis, o norint valdyti hidraulinio variklio greitį, reikia valdyti srautą. Įrodyti, kas nėra gedimo priežastis, dažnai yra ne mažiau svarbu nei įrodyti, kas ja yra, todėl, norėdami atmesti hidraulinį variklį, nusprendėme į gervės grandinę įterpti srauto matuoklį. Srauto matuokliai gali suteikti vertingos diagnostinės informacijos apie tai, kur keliauja alyva, o su 300 l/min. srauto matuokliu, kurį tiekia Pico, galėjome imituoti ir apkrovą, ribodami alyvos srautą apkrovos vožtuvu. Turėdami keturis kanalus, galėjome įtraukti ir variklio sūkius, hidraulinės alyvos slėgį ties srauto matuokliu bei alyvos temperatūrą ties srauto matuokliu. Šią informaciją paskui galėjome panaudoti lygindami žinomai gerą ir sugedusią mašinas. Srauto matuoklių naudojimo trūkumas tas, kad atveriate sistemą ir sukuriate didelę užteršimo riziką. Ją galima sumažinti atidžiai ir apgalvotai parenkant dalis bei žarnas, taip pat užtikrinant, kad įranga būtų švari tiek prieš matavimus, tiek po jų. Tai ypač svarbu, kai jungiatės prie mašinos, kurioje užterštumo problema jau yra. Kad apsaugotumėte save ir savo įrangą, visada verta paimti alyvos mėginį dalelių skaičiavimui. Ištyrėme žinomai gerą ir sugedusią mašinas – abiejų rezultatai atitiko specifikacijas. Vertėjo pasižymėti, kad sugedusios mašinos rodmenys buvo 19/14/09, t. y. padidėję ties keturiais mikronais, bet tai vis tiek atitiko siurblio specifikaciją. Tai leido mums drąsiai teigti, kad įrangos neužteršime.
Mašinoje buvo greitojo sujungimo movos gervei prijungti – turint tinkamus adapterius, prisijungti buvo gana paprasta. Vis dėlto greitosios movos iškart kėlė nerimą, nes bet koks susiaurėjimas čia galėtų lėtinti alyvos srautą. Duomenų stebėjimas turėjo padėti geriau suprasti, ar taip yra.
Žinomai geroje mašinoje pamatėme štai ką:
Didinome apkrovos vožtuvo apkrovą, kol pasiekėme 221 bar slėgį esant 21,35 l/min. srautui. Matavimas atliktas esant 39 °C alyvos temperatūrai ir 1400 aps./min. Tai buvo svarbi informacija, nes norėjome įsitikinti, kad matavimą sugedusioje mašinoje atliksime tomis pačiomis sąlygomis. Kad sūkių grafikas būtų sklandesnis, alkūninio veleno jutikliui naudojome matematinį kanalą. Daugiau informacijos apie alkūninio veleno sūkių grafiko braižymą rasite šiame forumo įraše.
Atlikdami tuos pačius prijungimus sugedusioje mašinoje, negalėjome priedo linijos apkrauti iki tokio pat slėgio kaip žinomai geroje, nes ši mašina pajėgė sukurti tik 183,8 bar. Alyvos temperatūra ir variklio sūkiai buvo pakankamai panašūs, kad būtų galima lyginti, tačiau svarbiausia pastebėti, kad srautas smarkiai sumažėjo – iki vos 9,435 l/min. Tai buvo su greičiu susijusi problema, kurią dabar jau siejome su srautu, taip patvirtindami skundą. Kad palyginimas būtų teisingesnis, peržiūrėjome žinomai geros mašinos įrašą ir suradome tą patį slėgį kaip sugedusioje mašinoje, kad palygintume srautus.
Žiūrint į tas pačias sąlygas, problema tapo daug aiškesnė. Grįžę per buferius į tą momentą, kai geroje mašinoje buvo 183 bar, matome 36,67 l/min. srautą. Esant tokiam pat slėgiui, tai gerokai daugiau srauto nei sugedusioje mašinoje – tai suteikia mums kryptį. Kadangi gervės variklis srauto matuoklio atžvilgiu jau buvo pakeistas, dėmesį nuo variklio galėjome nukreipti kitur. Kas toliau?
Mašina valdoma per keletą vožtuvų blokų. Jie paskirsto alyvos srautą į įvairias mašinos dalis pagal tai, ką operatorius nurodo kabinos valdikliais. Šioje mašinoje kryptiniai valdymo vožtuvai (directional control valve, DCV) valdomi elektroniškai per CAN ir keičia viduje esančios sklendės padėtį, kad alyva būtų nukreipta reikiama kryptimi. Kad veikimas būtų sklandesnis, sklendės forma leidžia tiksliau valdyti ribojant alyvos srautą, kai ji juda iš neutralios į visiškai atvirą padėtį. Žinojome, kad ryšys yra, nes veikė visos funkcijos, o prietaisų skydelyje nedegė jokios įspėjamosios lemputės. Bet ką, jeigu sklendė nebuvo valdoma iki galo atidarytos padėties? Laimei, daugelis DCV turi svirtinio valdymo galimybę, leidžiančią vožtuvą valdyti rankiniu būdu. Taip galima greitai nustatyti, ar tai valdymo problema, ar gedimas vis dėlto susijęs su alyvos srautu į vožtuvą. Palikę prijungtą srauto matuoklį, vožtuvą valdėme rankiniu būdu ir gavome tuos pačius rezultatus. Nesu tas, kuris praleistų progą įrašyti duomenis, tad panaudojome atskyrimo laidų rinkinį (breakout lead set), kad neužfiksuotume jokių gedimų, ir galėjome pažiūrėti signalus vožtuvo veikimo metu.
Įsiterpti į 10 laidų kištuką nėra užsiėmimas silpnų nervų žmonėms, tačiau tai leido pamatyti keletą įdomių signalų su CAN. Tai paskatino toliau tirti vožtuvų bloką ir atskirus modulius, bet suprasti, kaip visa tai veikia, teko atidėti kitai dienai, nes ėmė temti. Pirmiausia pažiūrėjome CAN signalą, kad įsitikintume, jog ryšys su gervės DCV geras ir jo netrikdo jokie trukdžiai, galintys paveikti gervės valdymą. Peržiūrėję šių DCV jungtis, pamatėme, kad jos visos sujungtos tarpusavyje. Reikėjo įsitikinti, kad CAN signalas iki gervės sekcijos yra tvarkingas.
Žiūrint į neapdorotą CAN signalą, galima sakyti, kad vaizdas nėra švarus. Tačiau naudojant A-B matematinį kanalą fiziniam lygmeniui pamatyti, viskas atrodo gerai. Nėra ir netinkamų duomenų paketų, o tai džiugina. Valdant gervę fiziniame lygmenyje trukdžių nebuvo.
Dar atkreipiau dėmesį į paketų ID. Paprastai daugelyje ne kelių transporto (off-highway) mašinų naudojamas tinklas atitinka J1939 protokolą. Šiame įraše dekoduoti duomenys labiau primena J2534, kurį matome lengvųjų automobilių srityje. Pasigilinus paaiškėjo, kad tai iš tikrųjų dar vienas protokolas, vadinamas CANopen ir plačiau naudojamas pramoninėse valdymo sistemose. Šie vožtuvai taip pat turi šviesos diodo indikatorių, leidžiantį greitai vizualiai patikrinti vožtuvo ryšį – visi jie degė žaliai, o tai reiškė, kad viskas taip, kaip turi būti.
Įsitikinę, kad ryšys su PVG valdikliais tvarkingas, nusprendėme dienos darbus baigti. Sparčiai temo, o temperatūra vis krito.
Pirmos dienos išvados:
- Patvirtinta, kad gervės greitis mažesnis nei žinomai geros mašinos.
- Apkraunant priedo grandinę sugedusioje mašinoje srautas smarkiai sumažėja, palyginti su žinomai gera mašina.
- Sugedusioje mašinoje apkrovos metu hidraulinis slėgis taip pat nėra toks aukštas. Slėgis yra pasipriešinimas srautui, tad, atsižvelgiant į sumažėjusį srautą, logiška, kad ir slėgis mažesnis.
- Ryšys su vožtuvų valdymo bloku tvarkingas.
Gali atrodyti, kad per dieną nuveikta nedaug, tačiau dirbant su hidraulika skubėti tiesiog negalima. Kadangi užteršimo rizika didelė visais etapais, kruopštumas ir apdairumas kiekviename diagnostikos žingsnyje yra absoliučiai būtini. Be to, dirbome su sugedusia mašina. Atrodo, kad su tokia dirbti saugu, tačiau su hidraulika vis tiek reikia būti itin atsargiems.
2 diena
Pirmąją dieną rasti įrodymai parodė, kad šioje mašinoje susiduriame su srauto problema, todėl sudarėme veiksmų planą. Pirma, patikrinti, ar siurblys fiziškai pajėgus sukurti pakankamą srautą gervės poreikiams patenkinti. Antra, jei siurblys geras, patikrinti, ar alyva negali keliauti kur nors kitur. Metas rasti schemą.
Aukščiau esantis paveikslėlis perbraižytas pagal originalią schemą, kad būtų paprasčiau suprasti. Matome, kad alyvą į šį vožtuvų bloką tiekia 51 cm³ pastovaus našumo krumpliaratinis siurblys. Alyva praeina per mašinos sukamąją movą. Į vožtuvų bloką alyva patenka per įėjimo sekciją, kurioje taip pat įrengtas vairo prioriteto vožtuvas. Toliau ji keliauja į išėjimo sekciją, kurioje randame dviejų pakopų apsauginį vožtuvą ir valdymo (pilot) galeriją, naudojamą DCV sklendėms valdyti. Sekdami alyvą nuo išėjimo sekcijos, patenkame į kolektorių, kuriame susijungia keletas grąžinimo vamzdžių (neparodytų) iš įvairių kitų komponentų ir grįžta į baką. Nustatyti, ar siurblys pajėgus atlikti užduotį, buvo svarbus žingsnis, tačiau ne toks, kurio imamasi lengva ranka.
Siurblių testas dažnai vadinamas PQ testu, kur P = slėgis (pressure), o Q = srautas (flow). Kai įmanoma, gerai turėti naujo siurblio žinomą PQ testą, su kuriuo vėliau galima lyginti ir taip tikrinti siurblio būklę eksploatacijos metu. Reguliariai atliekant PQ testus būtų galima aptikti siurblio problemą dar prieš jam visiškai sugendant. Vis dėlto realybėje PQ testavimą atlikti nepaprastai sudėtinga, o kaip ir bet kurio hidraulikos diagnostikos testo atveju, grandinę atverti reikėtų tik tada, kai tai absoliučiai būtina – dėl užteršimo rizikos. Tačiau šiuo atveju mums reikėjo tai žinoti, nes toliau testuoti nežinant, ar siurblys geras, iš esmės negalėjome.
Grįžę prie schemos matome, kad dviejų pakopų apsauginis vožtuvas yra mūsų apsauga tuo atveju, jei slėgis pakiltų virš mašinos darbinio slėgio. Sudėję abi spyruokles gauname 285 bar apsauginį slėgį. Įdomu ir tai, kad šios mašinos veikime yra apkrovos jutimo (load sense) grandinė, kuri su krumpliaratiniu siurbliu paprastai nesutinkama. Apkrovos jutimas (Load Sense, LS) naudojamas sumažinti pastangas, reikalingas tam tikram slėgiui ir srautui palaikyti tada, kai jokia funkcija nėra užsakoma. Tai reiškia, kad budėjimo slėgis gali būti daug žemesnis už darbinį ir taip mažinama pirminio variklio – mūsų atveju dyzelinio variklio – apkrova. Dėl to mašinos tampa gerokai ekonomiškesnės.
Štai čia susiduriame su pirmąja problema. Atliekant PQ testą norima grandinę apkrauti, bet kartu turėti apsauginio vožtuvo apsaugą tam atvejui, jei kas nors nutiktų. Kad būtų pasiektas didžiausias 285 bar darbinis slėgis, į apsauginio vožtuvo pagrindinę pakopą (10 bar spyruoklę) turi būti nusiųstas LS slėgis, kad vožtuvas liktų uždarytas ir slėgis galėtų didėti. Įprasto veikimo metu šis LS signalas siunčiamas, kai užsakoma kuri nors funkcija. Tačiau taip darant alyva būtų siunčiama per vožtuvų bloką ir atsirastų daugiau kintamųjų. Galų gale mes norėjome hidraulinį siurblį iš grandinės pašalinti jo neišmontuodami – jei tai skamba suprantamai.
Nusprendėme dėl plano, kuris, prisipažįstu, nebuvo gera praktika. Nenoriu skambėti pernelyg banaliai, bet prašau, namuose to nebandykite. Buvau kartu su labai patyrusiu hidraulikos technikumi, kuris vedė mus per visą procesą. Srauto matuoklį įstatėme tarp sukamosios movos išėjimo ir vožtuvų bloko įėjimo sekcijos, ketindami siurblį apkrauti per srauto matuoklį. Slėgius stebėjome su PicoScope ir nustatėme ribas, kad niekada neviršytume apsauginiu vožtuvu nustatyto sistemos darbinio slėgio.
Dar kartą pabrėžiu: tai tikrai nėra saugus testavimo metodas, tačiau turėdami ribotas galimybes ir PicoScope slėgiams stebėti, manėme, kad riziką sumažinome kiek įmanoma. Pakėlėme alyvos temperatūrą iki 50 °C ir, esant kiek mažiau nei 1500 aps./min., naudojome du slėgio keitiklius, kad alyvos slėgį galėtume stebėti tiksliau. Vienas keitiklis buvo prijungtas prie siurblio slėgio jutiklio prievado, kitas – prie srauto matuoklio prievado.
Kadangi vamzdynus teko ištempti nuo mašinos, dėl atstumo ir sukamosios movos atsirado tam tikras slėgio kritimas. Vis dėlto tarp siurblyje ir srauto matuoklyje išmatuoto slėgio buvo pastovus maždaug 5,5 bar kritimas. 5,5 bar nėra didelis nuostolis, o tai, kad buvome kitoje sukamosios movos pusėje, leido ir ją nustumti žemyn galimų įtariamųjų sąraše. Svarbiausias faktas iš šio įrašo yra tas, kad siurblys vis dar pajėgus tiekti 70,75 l/min. alyvos esant 250 bar slėgiui. Su PicoScope galėjome pridėti ir pageidaujamą srautą, apskaičiuotą pagal hidraulinio siurblio dydį ir siurblio sūkius. Tai leido įvertinti siurblio naudingumo koeficientą. Daugiau informacijos apie tai, metodiką ir naudotas formules rasite šiame forumo įraše: https://www.picoauto.com/support/topic21311-10.html#p98250. Jis siekė 89 %, o tai krumpliaratiniam siurbliui yra šiek tiek mažiau nei tikėtini 90 %, tačiau žvelgiant atgal į gervės grandinės rezultatus, ten pavyko sukurti tik 190 bar esant 9 l/min. Atrodo, kad siurblys pajėgus daugiau, nei matėme iki šiol, tad kodėl gervėje, pradėjus kilti slėgiui, alyvos srautas taip smarkiai krenta?
Įsitikinę, kad siurblys gali sukurti daugiau, nei buvome užfiksavę, perėjome prie kito veiksmų plano punkto. Paprašę pagalbos iš NFPC dėstytojų, gavome rekomendaciją patikrinti LS slėgį išėjimo sekcijoje. Jį išmatavę gausime slėgio signalą, kuris naudojamas apsauginio vožtuvo pagrindinei pakopai uždaryti. Gali būti, kad LS slėgis pasiekia tik ribotą reikšmę ir todėl pagrindinė pakopa atsidaro anksčiau, o srautas į gervę sumažėja.
Vis dar turėjome ir tos pačios serijos mašiną, tad pavyko gauti keletą žinomai gerų rodmenų. Pirmiausia norėjome atlikti paprastą priedo užkimšimo (deadhead) testą, kad pamatytume, ar galima pasiekti maksimalų slėgį, kaip ir per PQ testą. Teoriškai mes reikalaujame alyvos srauto, bet jį ribojame, tad slėgis turėtų pasiekti maksimumą prieš įveikiant apsauginio vožtuvo LS pakopą ir taip atidarant pagrindinę pakopą, per kurią alyva grįžta į baką. Turėtų būti kažkur netoli 285 bar, nustatytų dviejų pakopų apsauginiu vožtuvu, tačiau reikia įskaityti atsidarymo (cracking) slėgį, kuris bus šiek tiek mažesnis.
Kairysis įrašas gautas atliekant mašinos teleskopinės dalies užkimšimo testą – matome 197,2 bar slėgį ties siurbliu. Tas pats matavimas atliktas užkimšus gervę (dešinėje), kuri šiam testui buvo užaklinta.
Kaip matote, priėjus gervės sekciją rodmenys dar mažesni – ties siurbliu užfiksuoti vos 163,4 bar. Dalį to galėtų lemti slėgio kritimai tarp sekcijų, bet gali būti ir visiškai normalu, todėl reikėjo tą patį testą atlikti su tos pačios serijos mašina. Verta paminėti ir skirtumą tarp siurblio išėjimo slėgio ir LS slėgio. Pritaikę paprastą matematinį kanalą ir iš LS slėgio atėmę siurblio slėgį, skirtumą matome aiškiai. Jis visada yra maždaug 30 bar. Tai nelabai logiška, nes LS apsauginiame vožtuve turime 10 bar spyruoklę. Vis dėlto, kol per daug neįsijautėme į šio klausimo sprendimą, nusprendėme patikrinti tos pačios serijos mašiną atliekant tą patį testą su tokiais pačiais prijungimais.
Tokie patys prijungimai buvo atlikti ir tos pačios serijos mašinoje: WPS600C slėgio keitiklį prijungėme prie siurblio testavimo prievado, o kitą – prie LS prievado išėjimo sekcijoje. Pakėlę alyvos temperatūrą ir variklio sūkius iki 1500 aps./min., užkimšome sistemos teleskopinę dalį ir pamatėme, kad slėgis ties siurbliu siekė 283,2 bar – daugiau nei 100 bar daugiau nei sugedusioje mašinoje!
Ar tai galėtų būti ženklas? Užkimšdami teleskopinę dalį akivaizdžiai pasiekėme maksimalų mašinos slėgį, bet kaip yra su gerve?
Kaip matote, tarp donorinės ir sugedusios mašinos yra reikšmingas skirtumas.
Suprantame, kad tarp teleskopinės sekcijos ir gervės atsiras tam tikras slėgio kritimas dėl vamzdynų ilgio ir kelyje pasitaikančių žarnų skersmens pokyčių, tačiau skirtumas tarp mašinų buvo reikšmingas. Taip pat turėjome įrodymų, kad LS linijos slėgis išėjimo sekcijoje nuo siurblio išėjimo slėgio turėtų skirtis maždaug 25–30 bar – tai buvo vienoda abiejose mašinose, tačiau sugedusi mašina tiesiog nesukurdavo pakankamo pradinio slėgio. Žinojome, kad slėgis yra pasipriešinimas srautui, o siurblys pajėgus sukurti 250 bar, tad kur dingsta alyva? Jei sutelksime dėmesį tik į teleskopinės funkcijos užkimšimo rezultatus, matome, kad sugedusi mašina pasiekė ne daugiau kaip 197 bar. Darytume prielaidą, kad alyva perteka per apsauginį vožtuvą ir grįžta į baką. Ar problema galėtų slypėti tame, kad apsauginis vožtuvas atsidaro per anksti ir per greitai praleidžia alyvą atgal į baką? O gal alyva keliauja kur nors kitur? Tiek daug klausimų ir vis dar jokios krypties, o abi mašinas prieš išvykstant reikėjo surinkti, kad jas būtų galima naudoti. Koks turėtų būti kitas mūsų matavimas?
Bus tęsinys…
Straipsnis išverstas iš Pico Technology bibliotekos su gamintojo leidimu. Originalas: picoauto.com. PicoScope įrangą rasite mūsų kataloge.