Испытания и диагностика строительных и дорожных машин. Лабораторный практикум

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
В. А. Байкалов 
В. В. Минин  
 
 
 
 
 
ИСПЫТАНИЯ И ДИАГНОСТИКА  
СТРОИТЕЛЬНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН: 
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ 
 
 
Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин 
и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия 
для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки магистров 
«Наземные транспортно-технологические машины и комплексы» 
15.06.2010 г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2011 

УДК 625.7/.8 
ББК 39.311-06-5   
Б 18  
 
Рецензенты: 
В. Ф. Полетайкин, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой «Технологий 
и машин природообустройства» Сибирского государственного  
технологического университета, Лауреат Государственной премии,  
заслуженный изобретатель России; 
 
Н. И. Селиванов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой  
«Тракторы и автомобили» Красноярского государственного 
аграрного университета 
 
 
 
Байкалов, В. А. 
Б 18   Испытания и диагностика строительных и дорожных машин : лабораторный практикум : учеб. пособие / В. А. Байкалов, В. В. Минин. – 
Красноярск : ИПК СФУ, 2011. – 100 с. 
 
ISBN 978-5-7638-2347-9 
 
В учебном пособии рассмотрены теоретические положения и практические аспекты испытаний и диагностики элементов конструкций строительных и дорожных машин с объемным гидроприводом. Приведены  
лабораторные работы по данной тематике с применением электронных 
технологий и метрологических систем. 
Издание, предназначенное для магистерской подготовки направления 190100.68 – Наземные транспортно-технологические машины и комплексы, также может быть полезно для аспирантов, преподавателей и 
практических работников данной области. 
УДК 625.7/.8 
ББК 39.311-06-5 
 
 
 
© Сибирский федеральный 
университет, 2011 
ISBN 978-5-7638-2347-9 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………….. 5 
 
 
 
 
1. ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ………7 
1.1. Анализатор спектра сигналов А19 U2…………………………... 7 
 
 
1.2. Интегрирующий шумомер-виброметр-регистратор ZET 110…. 14 
 
 
1.3. Первичные преобразователи (датчики)…………………………. 22 
 
 
1.4. Гидротестер ГТ-600………………………………….................... 23 
 
 
 
 
2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ………………………………….....…… 26 
Лабораторная работа 1. Гидропривод возвратно-поступательного 
движения…………………………………………………….…….……

 
26 
 
 
Лабораторная работа 2. Измерение уровня шума при работе 
гидропривода возвратно-поступательного движения…………….....

 
36 
 
 
Лабораторная работа 3. Исследование гидропривода 
вращательного движения……………………………….......…………
 
40 
 
 
Лабораторная работа 4. Испытание гидропривода  
с регулируемым насосом……………………………………………..…

 
47 
 
 
Лабораторная работа 5. Золотниковые гидрораспределители………57 
 
 
Лабораторная работа 6. Диагностика гидрораспределителя…………65 
 
 
Лабораторная работа 7. Измерение объемного КПД гидромотора…72 
 
 
Лабораторная работа 8. Определение динамической жесткости  
и коэффициента демпфирования рабочего оборудования 
малогабаритного погрузчика……………………………………………

 
 
78 
 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………83 
 
 
 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………… 84 
 
 
ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………... 86 

Приложение 1. Управляющие клавиши ZET 110,  

включение и выключение, выбор прибора……..…..
 
86 
Приложение 2. Описание пунктов меню  
и режимов прибора ZET 110…………………………

 
88 
Приложение 3. Описание пунктов меню и режимов шумомера, 
которые отличаются от пунктов виброметра………
 
95 
Приложение 4. Описание пунктов меню и режимов  
регистратора, которые отличаются  
от пунктов виброметра………………………………

 
 
97 
Приложение 5. Описание индикаторов состояния прибора…….…. 99 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Учебное пособие соответствует курсу «Испытания и диагностика 
строительных и дорожных машин» для магистров по профессиональнообразовательной программе «Машины, комплексы и оборудование  
для строительства и восстановления дорог и аэродромов» направления 
«Наземные транспортные системы». 
Курс проблемно ориентирован и интегрирован со следующими дисциплинами подготовки специалистов и бакалавров: «Системное проектирование дорожных машин», «Гидравлика и гидропривод машин», «Электротехника и электроника», «Исследование и моделирование процессов 
машин для приготовления и укладки дорожно-строительных материалов», 
«Теория приводов строительно-дорожных машин». Объем кредитов  
по учебному плану равен 4 (всего 100 часов). Из них 68 часов отводится  
на самостоятельную работу магистров. В связи с этим, а также необходимостью расширения образовательного пространства дистанционными 
формами обучения, учебное пособие реализовано в двух видах: традиционном и компьютерном.  
Цель учебного курса – обучение и подготовка магистров к решению 
следующих профессиональных задач: 
– проведение научных исследований на современном оборудовании; 
– осуществление сложных экспериментов и наблюдений; 
– обработка, анализ результатов экспериментов и наблюдений. 
Учебное пособие состоит из двух связанных частей: описание испытательного измерительного оборудования, принципов работы с ним и изложение лабораторных работ, что подразумевает необходимость изучения 
и приобретения теоретических знаний и практических навыков использования программно-математического обеспечения. 
Практическая часть включает в себя работы по наиболее распространенному на практике виду привода машин, комплексов и оборудования 
для строительства и восстановления дорог и аэродромов.  
Основная часть занятий проходит в специализированных лабораториях, где размещены установки и малогабаритные машины. 
Для улучшения практической подготовки магистров часть лабораторных занятий осуществляют в производственных условиях, где происходит изучение и испытания самых современных образцов машин.  
Особенностью проведения занятий является индивидуальная работа 
магистров, которая включает в себя изучение теоретического материала, 
литературы и испытательного оборудования, проведение исследований  
и обработку опытных данных. 

Для обработки результатов испытаний используется программное 
обеспечение ZETLab, построенное по принципу лабораторно-измерительных 
приборов, поддерживающих различные модули АЦП и ЦАП (аналогоцифровые и цифро-аналоговые преобразователи).  
В зависимости от вида лабораторной работы магистры для решения 
своей задачи выбирают тот или иной модуль на шине USB или PCI и набор 
программных приборов для работы с ними. Программное обеспечение  
позволяет производить одновременную независимую обработку и анализ 
сигналов с нескольких каналов модулей АЦП в различных частотных  
диапазонах. 
Во всех программах визуального представления сигналов реализована 
возможность быстрого копирования графических данных в буфер обмена 
для последующей вставки в протоколы формата Exel, Word (отчеты  
по лабораторным работам).  
Стандартное (лицензированное) программное обеспечение содержит 
несколько типов программ, позволяющих производить: 
– измерение электрических параметров сигналов; 
– снятие амплитудно-частотных характеристик; 
– анализ сигналов; 
– визуализацию сигналов; 
– запись (регистрацию) и обработку сигналов. 
Особенностью данного учебного пособия является содержание  
необходимой информации по применению современного испытательного и 
измерительного оборудования для проведения научно-исследовательской 
работы магистров (всего по плану 252 часов, кредитов – 9). 
Учебное пособие содержит библиографический список и ряд приложений, необходимых для самостоятельной работы. 
К выполнению лабораторных работ допускают магистров, прошедших инструктаж по охране труда и технике безопасности, имеющих допуск после регистрации в журнале. Изучив п. 1 данного учебного пособия, 
магистр сможет проверить свои знания по входному тестовому контролю. 
Темы выполняемых работ для каждого магистра определяет преподаватель в зависимости от направления темы выпускной квалификационной работы (диссертации) магистра. 
Для получения допуска к зачету обучаемому необходимо набрать  
1,8 зачетных единиц, включая самостоятельную работу. 
 

1. ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 
 
Измерительное оборудование позволяет эффективным экспериментальным методом определять динамические характеристики конструкций 
приводов строительных и дорожных машин на основе результатов измерений и анализа вынужденных механических колебаний реальных машин  
в условиях эксплуатации (автономный режим регистратора данных)  
с последующим анализом результатов в лаборатории или непосредственно 
в производственных условиях с использованием портативного компьютера. 
Для выполнения лабораторных работ применяется современная технология проведения измерительных и испытательных процессов, базирующаяся на оборудовании и программном обеспечении, предназначенном 
для обработки и анализа сигналов в режиме реального времени (рис. 1). 
 

 
 
Рис. 1. Виброакустический программный комплекс ВК 
на основе анализатора спектра А17 
 
Рассматриваемое в данном учебном пособии оборудование внесено в 
Госреестр средств измерений (продукция ЗАО «Электронные технологии и 
метрологические системы», а также тестера для проведения безразборной 
диагностики гидроагрегатов ГТ-600 (продукция ООО «Сервисгидромаш»). 
 
1.1. Анализатор спектра сигналов А19 U2 
 
Анализатор спектра А19 U2 является средством измерения параметров электрического сигнала (рис. 2). Прибор предназначен для анализа 
спектральной и корреляционной структуры сигналов и генерации сигналов 
синусоидальной формы, он может выполнять следующие функции: 
1) генератор; 
2) вольтметр переменного тока; 
3) октавный, 1/3-октавный и узкополосный анализатор спектра; 
4) регистратор. 

Перечисленные функции анализатора позволяют: 
1) осуществлять октавный и 1/3-октавный анализ на основе параллельных цифровых фильтров сигналов в реальном масштабе времени  
и сигналов, взятых из записей; проводить узкополосный спектральный  
анализ в различных полосах для сигналов в реальном масштабе времени  
и сигналов, взятых из записей; измерять переменную составляющую сигналов, записывать их в файл с временной привязкой; 
2) регистрировать сигналы (вводить в память оцифрованные значения сигнала, с последующей записью на накопитель); 
3) вычислять дополнительные функции: автоспектры, взаимные 
спектры, функции авто- и взаимной корреляции, функции когерентности. 
 

 
 
Рис. 2. Анализатор спектра А19 U2 
 
Временной интервал непрерывной регистрации сигналов одновременно по всем каналам может составлять от 1 до 1 200 с. 
Анализатор предусматривает циклический и разовый пуск операций 
регистрации данных в буферное запоминающее устройство. 
 
Технические характеристики анализатора 
 
1. Анализатор обеспечивает выполнение вспомогательных функций: 
– калибровка анализатора в программе «Вольтметр переменного  
тока» встроенным генератором; 
– калибровка и функциональный контроль каналов в программе 
«Долеоктавный анализ» (режимы «1/1-октавный анализ», «1/3-октавный 
анализ»), в программах «Узкополосный анализ» и «Регистратор». 
2. Программируемый коэффициент усиления равен: 1; 10; 100. 

3. Входное сопротивление канала анализатора равно (100 ± 10) кОм. 
4. Внешняя частота дискретизации не более 200 кГц. 
5. Частота дискретизации равна 250 кГц. 
6. Внешняя опорная частота для формирования частоты дискретизации 8 МГц. 
7. Частота квантования 1 МГц. 
8. Максимальное амплитудное значение входного напряжения фильтра 
равно 4 В. 
Характеристики в программе «Генератор». В данной программе 
анализатор осуществляет генерацию синусоидальных сигналов (нормированные характеристики), а также радиоимпульсных, шумовых, импульсных сигналов, линейно-частотно модулированных и нелинейно-частотно 
модулированных сигналов.  
Диапазон частот генерируемого синусоидального сигнала встроенного генератора анализатора – от 0,03 Гц до 120 кГц.  
Пределы допускаемой относительной погрешности установки частоты 
в диапазоне: от 0,03 до 10 Гц – ± 10 %; свыше 10 Гц до 120 кГц – ± 0,1 %. 
Нестабильность частоты синусоидального сигнала ± 0,01 % за 8 ч 
работы. Значение напряжения выходного сигнала переменного напряжения 
от 10 до 1,35 мВ. 
Пределы допускаемой погрешностью установки выходного переменного напряжения в частотном диапазоне на нагрузке 600 Ом (U – уровень выходного напряжения): 
– от 3 Гц до 5 Гц – ± (0,35 U + 0,2) мВ; 
– от 5 до 10 Гц – ± (0,20 U + 0,3) мВ; 
– от 10 Гц до 120 кГц – ± (0,002 U + 1) мВ. 
Коэффициент гармоник генерируемого синусоидального сигнала  
в диапазоне от 10 Гц до 50 кГц не превышает 0,1 %. 
Характеристики в программе «Вольтметр переменного тока». 
Диапазон частот измеряемых напряжений от 20 Гц до 100 кГц. Диапазон 
входного переменного напряжения от 1 мВ до 1 В. Пределы входных  
переменных напряжений 125; 250; 500 мВ; 1 В. Пределы допускаемой  
абсолютной погрешности измерения входного переменного напряжения 
при измерении синусоидальных сигналов, на пределах (U – уровень входного напряжения) в диапазонах: 
– от 20 до 50 Гц ± (0,003 U + 0,3) мВ; 
– от 50 Гц до 90 кГц ± (0,002 U + 0,05) мВ; 
– от 90 кГц до 100 кГц ± (0,002 U + 0,25) мВ. 
Характеристики в режиме «1/1-октавный анализ» программы 
«Долеоктавный спектральный анализ». Диапазон частот анализируемых сигналов составляет от 1 Гц до 63 кГц. Анализатор работает в реальном времени во всем частотном диапазоне. 

Октавный анализ реализован на основе набора параллельных цифровых фильтров, количество фильтров – 17. Все фильтры, которые реализованы в каждом измерительном канале, соответствуют 0-му классу точности по 1ЕС 1260. 
Уровень собственных электрических шумов в октавных фильтрах не 
более минус 70 дБ (дБ отн. 1 мкВ) при единичном коэффициенте усиления. 
Затухание октавных фильтров соответствует 1-му классу точности 
по ГОСТ 17168 и 0-му классу точности по 1ЕС 1260. 
Отклонение эффективной ширины полосы пропускания октавных 
фильтров от номинального значения ширины полосы соответствует 1-му 
классу точности по ГОСТ 17168 и 0-му классу точности по 1ЕС 1260. 
Характеристики в режиме «1/3-октавный анализ» программы 
«Долеоктавный спектральный анализ». Диапазон частот анализируемых сигналов от 1 Гц до 100 кГц. Анализатор работает в реальном режиме 
времени во всем частотном диапазоне. 1/3-октавный анализ реализован  
на основе параллельных цифровых фильтров, количество фильтров – 51. 
Все фильтры соответствуют 0-му классу точности по 1ЕС 1260. 
Уровень собственных электрических шумов в 1/3-октавных фильтрах не более минус 80 дБ (дБ отн.1 мкВ) при единичном коэффициенте 
усиления. Затухание 1/3-октавных фильтров соответствует 1-му классу 
точности по ГОСТ 17168 и 0-му классу точности по ЮС 1260. 
Отклонение эффективной ширины полосы пропускания 1/3-октавных 
фильтров от номинального значения ширины полосы соответствует 1-му 
классу точности по ГОСТ 17168 и 0-му классу точности по 1ЕС 1260. 
Характеристики в программе «Узкополосный анализ». В данной 
программе прибор может выполнять следующие функции: 
– узкополосный анализ сигналов с равномерным шагом по частоте 
до 100 кГц с частотным разрешением 10; 12,5; 20; 25; 31,25; 50; 62,5; 100; 
125; 200; 250; 312,5; 500; 625; 1 000; 1 250; 2 000; 2 500 Гц; 
– линейное усреднение текущих спектров при времени усреднения 
от 0,1 до 100 с; 
– весовых функций: прямоугольной; Хана; Хэмминга; Блэкмана;  
Барлета; Блэкмана стандартная (табл. 1). 
 
Таблица 1 
Реализация весовых функций 

Весовая 
функция 

Допустимое отклонение средней частоты 
фильтра 1000 Гц, % 

Эквивалентная 

шумовая  
полоса, Гц 

Полоса 

по уровню 

3дБ, Гц 

Отклонение 

ширины полосы 

фильтра, Гц 

Прямоугольная 
0,05 
20,00 
17,8 
0,60 

Хэмминга 
0,05 
30,00 
28,8 
0,90 

Блэкмана 
0,05 
34,54 
33,6 
1,04