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 

Устройство и работа 
 
Анализатор является программно-аппаратным комплексом, реализованным на персональном компьютере с установленными платами аналогоцифровых и цифроаналоговых преобразователей, модулями с процессорами обработки сигналов и программным обеспечением. 
Решение задач пользователя анализатора производится под управлением операционной системы Windows ХР. 
Работа с конкретной прикладной программой должна осуществляться в соответствии с руководством оператора на данную программу, входящим в комплект поставки анализатора. 
 
Техника безопасности 
 
Рабочие условия применения анализатора по 3 группе (ГОСТ 22261): 
– температура окружающей среды от 5 до 40 ºС; относительная 
влажность воздуха 90 % при температуре 25 ºС; 
– атмосферное давление (630-800) мм. рт. ст. 
Внимание! При эксплуатации прибора запрещается: 
– извлекать внутренние устройства без согласования с предприятием-изготовителем; 
– подключать внешние устройства и платы расширения функциональных возможностей, не оговоренных в договоре на поставку, без согласования с заводом-изготовителем. 
Транспортировать изделие и хранить длительное время (более одного месяца) следует только в упакованном виде. Упаковывание следует 
производить в закрытых вентилируемых помещениях при температуре  
окружающего воздуха от 15 до 40 ºС и относительной влажности до 80 % 
при отсутствии в окружающей среде агрессивных примесей. При упаковке 
анализатор помещают в картонную упаковочную тару с заполнением свободного пространства прокладками из пенопласта. Вместе с анализатором 
в картонную упаковочную тару должна быть уложена эксплуатационная 
документация.  
К работе с анализатором допускаются студенты, изучившие правила 
работы с прибором и прошедшие инструктаж по технике безопасности. 
Подключение составных частей анализатора к сети электропитания 
должно производиться через розетки, имеющие контакт защитного заземления. Сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом, объединение на 
розетках электропитания контактов заземления и нейтрале питания не допускается. 
До включения электропитания следует проверить наличие заземление в сетевых розетках и визуально проверить целостность кабелей питания. 

При работе с анализатором необходимо соблюдать требования техники безопасности и меры предосторожности: 
1. Запрещается во время работы анализатора размыкать и замыкать 
разъемные соединения. 
2. Не допускается подключение и отключение анализатора от сети  
во включенном состоянии. 
3. По окончании работы отключить анализатор от электросети (или 
полностью обесточить электросеть питания анализатора). 
4. Запрещается закрывать вентиляционные щели на корпусах анализатора посторонними предметами (во избежание внутреннего перегрева). 
5. Категорически запрещается работа на анализаторе, имеющем механические повреждения. 
6. Включение и выключение электропитания составных устройств 
анализатора должно осуществляться только посредством штатного выключателя устройства. 
7. Подключение и отключение от анализатора любого внешнего устройства, имеющего собственный источник питания, при включенном  
питании обоих устройств не допустимо. 
8. Чтобы защитить анализатор от пыли и предотвратить попадание  
посторонних предметов внутрь корпуса, после работы прибор следует 
закрывать защитными чехлами. 
9. В случае транспортирования при отрицательной температуре анализатор в упаковке необходимо выдержать в помещении при нормальных 
климатических условиях не менее 8 ч. 
10. Распаковывание производить на горизонтальной, устойчивой  
поверхности, освобожденной от посторонних предметов.  
Вскрыть упаковку системного блока, проверить наличие эксплуатационной документации. После этого извлечь из упаковки системный блок, 
распаковать все устройства, входящие в состав анализатора. Проверить 
комплектность анализатора на соответствие Инструкции к прибору и сопроводительной документации на составные устройства. Произвести 
внешний осмотр составных частей анализатора, обратив особое внимание 
на отсутствие механических повреждений и нарушения покрытий корпусов составных частей и кабелей. 
Далее следует установить анализатор, соблюдая определенную 
последовательность: 
1. Разместить все устройства, входящие в состав анализатора,  
на рабочем месте с учетом максимального удобства. 
2. Расположить анализатор относительно розеток электропитания,  
к которым должны подсоединяться вилки кабелей электропитания анализатора, на расстоянии не более чем 2/3 их длины.