Діагностування циліндро-поршневої групи дизеля зернозбирального комбайна за віброакустичними параметрами

Ознайомлення з методами підвищення надійності двигуна шляхом удосконалення методу діагностування циліндро-поршневої групи за параметрами ударних імпульсів, виділених в зарезонансній зоні ультразвукового діапазону на прикладі дизельного двигуна комбайна.

Рубрика Производство и технологии
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 19.04.2014
Размер файла 76,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний аграрний університет

УДК 621.436: 534.833.004.122

НАДТОЧІЙ Олександр Васильович

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Діагностування циліндро-поршневої групи дизеля зернозбирального комбайна за віброакустичними параметрами

05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Київ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному аграрному університеті

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Демидко Михайло Омелянович, Національний аграрний університет, кафедра експлуатації машинно-тракторного парку.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, член-кореспондент УААН Молодик Микола Володимирович, ННЦ "ІМЕСГ", заступник директора з наукової роботи;

кандидат технічних наук, доцент Хандрос Михайло Якович, Національний аграрний університет, кафедра тракторів і автомобілів.

Провідна установа: Харківський державний технічний університет сільського господарства Міністерства аграрної політики України, м. Харків.

Захист відбудеться "_5__" __червня_____ 2001 р. о _________ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: м.Київ-41, вул. Героїв оборони 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного аграрного університету м. Київ, вул. Героїв оборони, 11, навчальний
корпус 10.

Автореферат розісланий "_27_" __квітня____ 2001 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Войтюк Д.Г.

Загальна характеристика роботи

Актуальність досліджень. На сучасному етапі розвитку сільськогосподарського виробництва України намітилась тенденція широкого впровадження техніки нового покоління і принципово нових технологій. З кожним роком зростає парк сільськогосподарських машин, ускладнюється їх конструкція, різко зростають продуктивність та енергонасиченість.

В сучасному машинно-тракторному парку сучасні зернозбиральні комбайни є найбільш енергонасиченими машинами. Це накладає велику відповідальність на інженерно-технічну службу господарств щодо організації їх високопродуктивного використання. До мінімуму повинні бути зведені простої із-за поломок, неправильної експлуатації, передчасного спрацювання деталей та інших причин. Тобто, рівень технічного обслуговування таких складних машин повинен бути достатньо високим на всіх стадіях використання. Однак, усунення відказів і пов'язані з цим простої наносять значні матеріальні збитки господарствам.

Важливим фактором підвищення ефективності роботи средньофорсованих дизельних двигунів складної зернозбиральної техніки є використання сучасних методів діагностування і прогнозування їх технічного стану.

Найбільш трудомісткими при діагностуванні двигунів є операції визначення технічного стану циліндро-поршневої групи (ЦПГ). Значна кількість методів діагностування не дозволяє вирішити дану проблему в повному обсязі за відсутності універсальності методу, низької чутливості та інформативності, а також значної похибки вимірювання. Тому розробка і впровадження такого методу є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими темами і відповідність паспорту спеціальності. Робота виконана на кафедрі експлуатації машинно-тракторного парку Національного аграрного університету у відповідності з планом науково-дослідних робіт за темою “Розробити наукові основи зменшення витрат енергоносіїв на механізованих сільськогосподарських роботах” (№ державної реєстрації 0196 U 001918) і відповідає вимогам паспорту спеціальності 05.05.11- Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва (пункти 7, 8), затвердженого Президією ВАК України від 14.02.2001 року №6-08/2.

Мета роботи і задачі досліджень. Мета роботи полягає в підвищенні надійності двигуна шляхом удосконалення методу діагностування ЦПГ за параметрами ударних імпульсів, виділених в зарезонансній зоні ультразвукового діапазону на прикладі дизельного двигуна зернозбирального комбайна з урахуванням особливостей режимів і умов експлуатації.

Досягнення цієї мети залежить від вирішення ряду питань, які ввійшли до задач досліджень: проведення розрахунково-теоретичного аналізу виникнення віброакустичних посилань в ЦПГ стосовно подальшого їх використання для діагностування даного з'єднання; теоретичного обґрунтування умов оптимальної фільтрації вібраційного процесу для надійної селекції вібраційних посилань, виявлення джерела в циклі роботи двигуна і визначення його положення на часовому інтервалі; обґрунтування методу прийняття рішення про технічний стан ЦПГ; розробки математичної моделі визначення залишкового ресурсу дизельного двигуна; експериментальне підтвердження теоретичних положень і виявлення параметрів віброударних посилань, які однозначно характеризували б технічний стан ЦПГ дизельного двигуна; оцінка вибору діагностичних параметрів та шляхів можливої технічної реалізації запропонованого методу.

Предмет і об'єкт дослідження. Предметом проведеного дослідження є метод діагностування з'єднання “поршень - гільза” дизельних двигунів за віброакустичними параметрами.

Об'єктом досліджень прийнято дизельні двигуни СМД-31А та СМД-23 зернозбиральних комбайнів сімейства Дон.

Поглиблене вивчення питань досліджуваної проблеми здійснювалось у господарствах Київської області.

Методологія і методика дослідження. Методика досліджень базувалася на системному підході, з виділенням функціональної підсистеми “гільза циліндра-поршень”.

Зв'язок параметрів фази і амплітуди виникнення віброударних посилань і зазору в ЦПГ досліджувався на основі теорії малих відхилень за допомогою ПЕОМ при детермінованій і стохастичній зміні факторів.

Рішення задач в цілому досягалось за рахунок використання теорії адаптивного непараметричного синтезу методів максимальної правдоподібності, Баєса та зрізаного, що визначає технічний стан ЦПГ в цілому, і результатів експериментальних досліджень віброакустичних сигналів, записаних в ПЕОМ за допомогою пакету обробітку сигналів (ПОС).

Статистичні дані про наробіток дизелів зернозбиральних комбайнів Дон-1500 збиралися в процесі рядової експлуатації протягом 4 років в господарствах Київської, Черкаської, Чернігівської, Полтавської і Хмельницької областей. Обробіток статистичних даних здійснювався з використанням пакетів STATISTICA 5, SPSS 8 for Windows, Microsoft Excel 2000 та MATHCAD 2000 Pro.

Наукова новизна результатів досліджень полягає в розробці удосконаленої математичної моделі радіального переміщення поршня в зазорі ЦПГ, що базується на основі теоретично-розрахункового аналізу і відповідає реальному механізму; обґрунтуванні можливості діагностування даного з'єднання в зарезонансній зоні ультразвукового діапазону; визначенні теоретично залежності структурного параметру фази від параметру технічного стану (зазору в ЦПГ); дослідженні амплітудно-частотні характеристики віброакустичного каналу ЦПГ в ультразвуковому діапазоні на частоті до 100 кГц; використанні адаптивного непараметричного синтезу оптимальних методів прийняття рішення в умовах апріорної невизначеності, з розробкою комп'ютерної програми обробітку експериментальних даних; використанні отриманих залежностей фази виникнення віброакустичних посилань від зазору для визначення залишкового ресурсу дизельного двигуна, з розробкою номограми та комп'ютерної програми індивідуального прогнозування; розробці шляхів технічної реалізації запропонованого методу на основі зразку приладу, в якому реалізовано цей метод.

Практичне значення. Удосконалена математична модель перекладки поршня в зазорі ЦПГ може бути використана для теоретичного визначення фазового показника виникнення віброударних посилань для інших рядних дизельних двигунів. дизельний поршневий двигун комбайн

На основі виконаних експериментально - теоретичних досліджень розроблено і впроваджено у виробництво метод діагностування ЦПГ в зарезонансній зоні ультразвукового діапазону, який відповідає структурним і функціональним особливостям більшості рядних середньофорсованих дизельних двигунів складної сільськогосподарської техніки.

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані самостійно, а саме:

проведено аналіз існуючих методів діагностування ЦПГ та уточнена їх класифікація;

удосконалено модель радіального переміщення поршня у функції кута повороту колінчатого валу;

дослідженні амплітудно-частотні характеристики віброакустичного каналу ЦПГ в ультразвуковому діапазоні на частотах до 100 кГц;

обґрунтування методу прийняття рішення про технічний стан циліндро-поршневої групи з розробкою програми оцінки достовірності діагнозу;

розробка програми визначення залишкового ресурсу за фазовими параметрами віброударних посилань.

В опублікованих працях доля здобувача становить 85-90% відповідних темі дисертації матеріалів.

Апробація результатів досліджень. Окремі положення дисертаційної роботи доповідалися на наукових конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів Національного аграрного університету (Київ, НАУ, 1998-2000 рр.)

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи знайшли відображення у 6 наукових працях загальним обсягом 1,6 друкованих аркушів, 4 з яких в фахових виданнях, затверджених "Переліком…" ВАК України.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних літературних джерел із 127 найменувань (з них 10 іноземними мовами) і додатків. Робота викладена на 134 сторінках машинописного тексту, містить 56 рисунків, 19 таблиць і 14 додатків. Загальний обсяг роботи 256 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі розкривається суть наукової проблеми, обґрунтовується актуальність теми, формулюється мета, задачі, предмет та об'єкт дослідження, вказується зв'язок роботи з науковими темами, новизна отриманих результатів, їх практичне значення, апробація результатів дослідження і їх публікація.

У першому розділі “Сучасний стан методів діагностування та задачі досліджень” подається аналіз стану відказів агрегатів зернозбиральних комбайнів Дон-1500, зношення циліндро-поршневої групи (ЦПГ) дизельних двигунів комбайнів та існуючих методів її діагностування. Питаннями розробки теоретичних i практичних основ, методiв i засобiв технiчного дiагностування сiльськогосподарських машин займалися вченi ГОСНИТИ, НАТИ, СибИМЭ, Ленiнградського, Iркутського, Саратовського, Челябiнського, Пензенського сiльгоспвузiв та інших наукових установ. Особливо слiд вiдмiтити таких вчених як: В.М.Мiхлiна, Н.С.Ждановського, В.И.Бельских, В.А.Аллілуєва, А.В.Ніколаєнка, И.А.Ульмана, Б.А.Улитовского, И.П.Терських, К.Ю.Скибневського, Біргера И.А., Бухтіярова И.Д., Махоткіна О.А., Гладкова А.К., Керчер Б.М., Подщеколдіна М.И., Оксеня Г.Д., Соловйова В.И. та iн., які розробили методи та засоби ресурсного дiагностування КШМ та ЦПГ двигунiв.

Аналіз досліджень показав, що середні простої зернозбиральних комбайнів з причини відказу двигунів становили 254 год., а трудомісткість їх усунення - 428 люд.год. Встановлено, що основним елементом двигуна, від технічного стану якого залежить його роботоздатність, є ЦПГ.

На інтенсивність зношення деталей ЦПГ значно впливає максимальний тиск в кінці згорання. Зростання його до 70% призводить до збільшення швидкості зношення кілець на 35-40%. Встановлено, що більшість факторів, які впливають на роботоздатність ЦПГ, можуть бути виявлені завдяки вчасному діагностуванню віброакустичними методами. Їх аналіз виявив на низьку (до 80%) достовiрнiсть визначення технічного стану елементiв ЦПГ. Це свiдчить про те, що удосконалення віброакустичних методів дiагностування ЦПГ є актуальною задачею.

У другому розділі “Теоретичні основи віброакустичного діагностування циліндро-поршневої групи” розглядаються питання математичного моделювання віброакустичного діагностування дизельних двигунів.

Найбільш інтенсивний удар поршня об гільзу виникає поблизу верхньої мертвої точки на такті розширення, так як величина бокової сили має тут найбільше значення. Удар в цьому випадку направлений у бік, протилежний обертанню колінчастого валу.

Величина бокової сили може бути визначена за відомою формулою:

,(1)

де Pг - сила тиску газів на поршень, діюча вздовж вісі циліндра;

Pj - сила інерції мас, що рухаються поступально;

- кут нахилу шатуна.

Однак залежність (1) не повною мірою враховує всі складові результуючої сили. Зокрема потребують уточненого врахування сили інерції шатуна та функціонально сила газів, які впливають на закономірності перекладки в зазорі між поршнем і гільзою. Враховуючи зазначені сили, формула (1) матиме вигляд:

(2)

де mп, m1, m3 - відповідно маса поршня, маса шатуна, яка рухається зворотно-поступально вздовж вісі циліндра та маса шатуна, віднесена до його центру мас, що здійснює складний рух;

l, l1 - відповідно загальна довжина шатуна та відстань від центру мас до його верхньої головки ();

j - прискорення зворотно-поступального руху поршня;

Fko - сила тертя кілець об дзеркало гільзи циліндрів;

- відношення радіусу кривошипа до довжини шатуна;

- кут повороту кривошипа;

ш - кутове прискорення качання шатуна.

Математична модель радіального переміщення поршня в зазорі циліндро-поршневої групи побудована з врахуванням складного руху поршня при його перекладці. Тобто поряд із зворотно-поступальним рухом вздовж вісі циліндра, поршень здійснює поперечний рух перпендикулярно цій вісі в межах існуючого зазору. Відомі на цей час аналітичні моделі стосовно динаміки поршня, базуються на спрощеному уявленні поперечного руху поршня, тобто його твірна в будь-який момент часу залишається паралельною твірній гільзи. Насправді ж цей рух значно складніший. Поряд з поступальним поршень здійснює обертальний рух відносно вісі поршневого пальця. Динамічна модель цього складного руху описується системою диференційних рівнянь другого порядку (3). Перше рівняння описує поперечний рух поршня, а друге - обертальний.

(3)

де h - зазор між поршнем і гільзою;

m - маса поршня і частина маси шатуна, що рухається поступально ;

, - поточна кутова швидкість;

Pgd - гідродинамічний тиск в масляному шарі;

- куту нахилу поршня;

Fkp - сила тертя кілець об гільзу;

І0 - момент інерції поршневого комплекту відносно центру тяжіння Оц.т;

Lj - координата рівнодіючої гідродинамічного тиску в шарі масла відносно центру тяжіння Оц.т;

Ly - дезаксаж поршневого пальця;

Lk - координата нижнього кільця відносно Оц.т;

Pt - сила тертя поршня об гільзу;

D - діаметр циліндра;

М0 - момент сили тертя поршневого пальця об верхню головку шатуна.

Дану модель доповнюють врахування гідродинамічного тиску в змінному масляному клині та сила тертя юбки поршня об гільзу.

Сумарний тиск в шарі масла описується складним рівнянням:

,(4)

де - динамічна в'язкість масла;

D0 - діаметр юбки поршня;

D1 - діаметр гільзи циліндра;

v - швидкість поршня;

Lю - довжина юбки поршня.

Сила тертя юбки поршня об гільзу виражається залежністю:

,(4)

При роботі з акустичним сигналом для вирішення ряду задач, пов'язаних з діагностуванням машин, виникає питання вибору моделі віброакустичного імпульсу, визначення ширини спектру та частоти квантування детектованного сигналу.

Нами прийнята модель віброакустичного імпульсу x(t), у якого передній фронт веде себе як зростаюча півхвиля синусоїди з деякою частотою, а задній - як затухаючий по експоненті:

(5)

де - кругова частота;

- коефіцієнт затухання коливань імпульсу.

Використання перетворення Фур'є для виразу (5) дозволяє розрахувати дійсну і комплексну складові спектру віброакустичного імпульсу, які в свою чергу визначають його ширину:

(6)

де АG(і) - амплітудний спектр;

АG1(і) - спектр потужності акустичного сигналу.

Фаза виникнення віброударного посилання неоднозначно характеризує стан ЦПГ дизельного двигуна (нерівномірна подача палива, спрацювання газорозподільного механізму тощо.). Суттєво те, що області справного і несправного (дефектного) станів зазвичай пересікаються і тому в спільній зоні принципово неможливо вибрати значення х0 , при якому прийняття рішення про стан не давало б помилок. Тому для цього використовується синтезований метод, який базується на методах Баєса, максимальної правдоподібності та зрізаного і описується системою рівнянь для прийняття рішення:

(7)

де D0, D1 - відповідно область справного і несправного станів;

С0, С1 - відповідно пороги для справного і несправного станів ();

L - відношення правдоподібності.

Дана математична модель радіального переміщення поршня в зазорі ЦПГ, дає змогу теоретично визначити залежність фази виникнення віброударного посилання від зазору в спряженні “поршень-гільза”. Синтезований метод прийняття рішення про технічний стан ЦПГ, покладено в основу комп'ютерної програми оцінки достовірності діагнозу.

У третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” наведені методики: моделювання залежності фази виникнення віброударного посилання від зазору в ЦПГ; зняття віброударних характеристик перекладки поршня в зазорі ЦПГ; виміру структурних параметрів ЦПГ; обробітку експериментальних даних; оцінки оптимального частотного діапазону; автоматизованого обробітку сигналів; визначення віброударних посилань при діагностуванні; непараметричного синтезу методу прийняття рішення з оцінкою достовірності діагнозу; визначення залишкового ресурсу за фазовими параметрами віброударних посилань.

Методика моделювання залежності фази виникнення віброударного посилання від зазору в ЦПГ побудована на основі математичної моделі, розглянутої в розділі 2. Для визначення залежності фази віброударного посилання від зазору в спряженні “поршень - гільза” складено програму на мові MathCad2000.

Вхідними параметрами були змінні частоти обертання колінчастого валу (n=750,1000...2000), кути нахилу поршня (=0.0014,0.0165...0.0054) та зазор в ЦПГ (h()=0.00022,0.00026...0.00086) у функції від кута нахилу.

Зняття віброударних характеристик перекладки поршня в зазорі ЦПГ базується на використанні програмно-апаратного комплексу МІС-200, до складу якого входили: ПЕОМ Notebook PC; апаратні засоби збору інформації (інструментальні плати АЦП-ЦАП і модулі фірми L-card); програмно-апаратні засоби для досліджень, технічного контролю, моніторингу і діагностики механізмів (програмний продукт “Пакет обробітку сигналів” ПП ПОС).

Вимір структурного параметру ЦПГ (зазор) проводився мікрометражем деталей циліндро-поршневої групи у відповідності з картами мікрометражу (ГОСТ 18509-80).

Обробіток експериментальних даних віброакустичних сигналів включав у себе: визначення оптимального частотного діапазону за сукупністю спряжень; оцінку отриманих оптимальних параметрів виявлення і ідентифікації сигналів із запису в 15 с. (при частоті 750 хв-1) і формування масивів значень діагностичної ознаки (фази); побудову гістограми ознаки для відповідного стану (справний, несправний) і оцінку довірчої межі вірогідності правильної діагностики.

Методика автоматизованого обробітку віброакустичних сигналів передбачала використання пакету програм ПОС. Базою роботи алгоритму двостороннього контрасту є відношення “сигнал - перешкода”. Алгоритм працює наступним чином. Вибирається стробуючий імпульс (задається кут початку і кінця відносно ВТМ робочого ходу). В стробуючому імпульсі від початку до кінця рухаються три вікна певного розміру (ліве бокове, центральне і праве бокове). На кожному відліку вираховується математичне очікування центрального () і бокових плаваючого лівого () та правого () вікон.

Точка, в якій це відношення буде найбільше, відповідає максимуму потужності процесу. При цьому фіксуються діагностичні ознаки: фаза і відносна амплітуда. Вибір параметрів роботи алгоритмів продовжувався до досягнення оптимальності.

Оптимальними вважаються параметри роботи програми, при яких досягається правильний вибір максимуму потужності процесу для справного і несправного спряження ЦПГ. Оптимальність такого вибору перевірялись за залежністю:

,(8)

де, , , - відповідно фази для справного стану ЦПГ, визначені програмою, інтерактивно та фази для несправного стану ЦПГ, визначені програмою і інтерактивно;

nn - кількість об'єктів аналізу справного (несправного станів);

К - загальна кількість справних і несправних об'єктів порівняння.

Тобто оптимальними вважаються параметри, при яких усереднений квадрат модуля різниці між фазами, визначеними програмою і вручну, є мінімальний.

Для технічного діагностування машин в умовах експлуатації необхідні малогабаритні переносні прилади. Нами створено такий прилад для безрозбірного діагностування ЦПГ дизельних двигунів за віброакустичними параметрами.

Прилад розроблено для діагностування двигунів СМД-31А, СМД-31 та СМД-23, встановлених на зернозбиральних комбайнах сімейства Дон. При комплектуванні спеціальними пристроями для кріплення датчиків є можливим використання приладу для діагностування інших марок дизельних двигунів.

Відомо, що ресурс двигуна залежить від багатьох факторів, сукупність яких ніколи не повторюється, тому прогнозування залишкового ресурсу без використання ПЕОМ є досить складним завданням. Тому нами розроблена програма на основі функціональної залежності фазового параметру виникнення віброударного посилання від наробітку дизельного двигуна . шляхом визначення поліноміальної регресії векторів експериментальних даних -значення фази та -значення для індивідуального прогнозування залишкового ресурсу. Вхідними параметрами роботи програм є фаза - Faza та наробіток на момент діагностування-Td.

У четвертому розділі “Результати обчислювальних і експериментальних досліджень” приведені теоретичні залежності фази виникнення віброударного посилання від зазору в циліндро-поршневій групі дизельних двигунів; теоретичний та експериментальний спектри віброакустичних ударів ЦПГ; експериментальні залежності роботоздатності дизельного двигуна СМД-31А від параметрів фази і амплітуди віброудару; результати діагностування дизельного двигуна СМД-31А та параметри прогнозування його залишкового ресурсу. Наведені також результати економічної ефективності запропонованого методу.

На основі математичної моделі визначення залежності фази виникнення віброударного посилання від зазору отримані графічні залежності фази виникнення удару від зазору і частоти обертання колінчатого вала двигуна.

Аналіз показує, що із збільшенням частоти обертання колінчатого вала фаза виникнення удару зменшується, а поперечна швидкість поршня в момент удару зростає. Це пояснюється збільшенням циклової подачі палива в циліндр і, як наслідок, значним підвищенням швидкості наростання тиску в циліндрі та величини бокової сили N, яка викликає удар. Тому один і той же шлях, рівний величині зазору, поршень проходить за менший проміжок часу.

Із збільшенням зазору фаза виникнення удару по відношенню до опорної точки зростає. Інтенсивність зростання фази від збільшення зазору для різної частоти обертання двигуна різна. З більшою інтенсивністю фаза зростає на менших обертах, тобто має найбільший приріст. Це призводить до збільшення зони роботоздатного стану двигуна. Так, зона робото-здатного стану для n=750 хв-1 становить більше 60, тоді як для 2000 - близько 3,50. Таким чином, вибір діагностичної частоти обертання колінчатого вала частково здійснювався на етапі теоретичних розрахунків. Вибір частоти, близької до номінального режиму роботи двигуна, призвело б до невиправдано різкого підвищення вимог до дискретності (чутливості) діагностичного засобу, що в кінцевому результаті спричинить підвищення його вартості і зниження точності постановки діагнозу. Щоб позбутися перерахованих недоліків, нами вибрано на початковому етапі за діагностичну частоту -750 хв-1.

Лабораторні випробовування підтвердили результати теоретичних досліджень. За отриманими даними побудовані графіки лінійної регресії.

Аналізуючи даний графік, можна відмітити схожість кута нахилу експериментальних і теоретичних прямих. Ця схожість свідчить про повноту математичної моделі, яку можна використовувати для розрахунку фази виникнення віброударних посилань інших рядних дизельних двигунів. Розбіжність же зазначених кривих пояснюється сталою величиною затримки смугового ультразвукового фільтра. Дана затримка становить для 750 хв-1 - 1,180, а для 1000хв-1 відповідно 1,530 п.к.в. В загальному ж дана затримка незмінна і в часовому еквіваленті становить 0.26*10-3 с, що завжди може бути враховано при теоретичному розрахунку інших двигунів. Вища купчастість отриманих експериментальних даних фази виникнення віброудару в порівнянні з амплітудою підтверджує експериментальні дослідження Ждановського М.С.

Рівняння лінійної регресії експериментальних даних мають вигляд: При 750 хв-1:

фаза:

;(9)

відносна амплітуда:

.(10)

При 1000 хв-1:

фаза:

;(11)

відносна амплітуда

.(12)

Вибір інформативної смуги спектру сигналу і її нормування з метою пошуку найбільшого відношення “сигнал-перешкода” показав, що на отриманому спектрі є в наявності 5 виражених максимумів сигналу. А саме на частотах - 29.5, 41.3, 47.2 та 70.8 кГц. найбільше відношення “сигнал-перешкода” буде за зоною резонансу. Тому діагностування з'єднання “поршень-гільза” доцільно проводити в зарезонансній зоні ультразвукового діапазону на частоті близько 70 кГц. Використання даного діапазону дозволить підвищити відношення “сигнал-перешкода”. Результатами експериментальних досліджень спектральної щільності сигналу перекладки поршня встановлено, що із зміною частоти обертання колінчастого вала дизельного двигуна, частотний діапазон пружних коливань змінюється несуттєво (на 800-1200 Гц). Із збільшенням зазору в ЦПГ зміна частотного діапазону не спостерігалась.

Точність і правильність постановки діагнозу в умовах інтенсивного, нерівномірного зношення ЦПГ дизельного двигуна залежить значною мірою від знання закономірностей розподілу щільності вірогідності векторів діагностичних ознак W0 та W1.

Аналіз наведених закономірностей показує, що характеристика розподілу фази в при частоті обертання колінчатого вала 1000 хв-1 є одномодальною. Як видно з графіка, області справного D0 і несправного D1 станів перетинаються. Величина зони невизначеності для фазового параметру однакова для різних частот обертання і становить 5 комірок (величина комірки 2.5) з тією лише різницею, що для 750 хв-1 перекриття наступає пізніше на 1 комірку. Однак, порівнюючи величини щільностей вірогідності векторів фази в зоні перекриття, можна відмітити значну різницю між векторами справного і несправного станів, що свідчить про роздільність цих станів.

Точність діагнозу оцінювалась використанням отриманих законів розподілу щільностей вірогідності векторів діагностичних ознак W0 та W1. При цьому значення хибної тривоги не перевищить 7 випадків на 1000 об'єктів діагностування, а значення пропуску дефекту - 20 випадків на 1000. Ці дані певною мірою можуть характеризувати точність постановки діагнозу про дійсний стан ЦПГ.

Відповідно до методики експериментальних досліджень були отримані значення фази виникнення віброударних відгуків дизельного двигуна СМД-31А, викликаних перекладкою поршня, визначених за допомогою розробленого діагностичного приладу. Двигун мав наробіток близько 600 мото. -год. Результатом лабораторних досліджень є усереднені значення фази на кожній частоті обертання колінчатого вала для кожного циліндра (табл.1).

Таблиця 1 Усереднені значення фази та коефіцієнтів кореляції Пірсона

Частота

обертання колінчатого валу,

хв-1

Номер циліндра

Кореляція Пірсона

1

2

3

4

5

6

Значення зазору за номером циліндра

0.48

0.52

0.46

0.47

0.5

0.52

850

12.36

12.87

12.09

12.23

12.54

12.68

0.976

1000

11.91

12.55

11.51

11.67

11.98

12.60

0.974

1250

11.50

11.91

11.35

11.25

11.72

11.83

0.964

1500

11.14

11.52

10.65

10.84

11.16

11.27

0.921

1750

10.81

11.24

10.85

10.68

10.84

11.23

0.857

2000

10.71

11.04

10.70

10.48

10.65

10.80

0.702

Ексцес

-1.15

-1.60

-0.52

-0.63

-1.26

-1.91

Аналіз таблиці свідчить, що визначені коефіцієнти кореляції Пірсона вказують на існування досить щільного зв'язку між фазою і зазором в ЦПГ. Більші значення зазначеного коефіцієнту отримані при менших частотах обертання колінчастого вала, що повністю підтверджує теоретичні положення стосовно вибору швидкісного режиму і можливість використання розробленого приладу для діагностування ЦПГ дизельного двигуна СМД-31А.

прогнозування залишкового ресурсу дизельного двигуна СМД-31А зводилось до визначення його для ЦПГ.

Найбільш точним серед методів є прогнозування по реалізації (зміні параметра технічного стану) реальної машини в залежності від наробітку. При прогнозуванні за індивідуальною реалізацією простіше і точніше враховуються конкретні якості машини і умови експлуатації, проте використання цього методу залежить від наявності відомостей про наробіток кожного двигуна, а це не завжди можливо. Виходом з даного положення є введення поправочного коефіцієнта, який показує відмінність (різницю) індивідуальних параметрів роботи конкретного двигуна від середньостатистичних. Таким поправочним коефіцієнтом прийнято коефіцієнт інтенсивності зношення кінт. При виробничих випробовуваннях розробленого приладу для віброакустичного діагностування ЦПГ був отриманий статистичний ряд наробітку дизельного двигуна СМД-31А на межі зношення. Фаза віброакустичного посилання становила від 14 до 14.2 п.к.в., що відповідає зазору в ЦПГ- 0.62-0.64 мм. Встановлена функціональна залежність фазового параметру виникнення віброударного посилання від наробітку дизельного двигуна . Рівняння регресії залежності наробітку від фази має вигляд:

,(13)

Враховуючи визначену обернену лінійну залежність зазору від фази , рівняння регресії залежності наробітку від зазору матиме вигляд:

,(14)

Однак, якими б повними не були аналітичні вирази для визначення залишкового ресурсу, використання останніх пов'язано з великою кількістю розрахунків, що вирішується двома шляхами: побудовою номограми або ж використанням ПЕОМ.

Для практичного використання результатів розрахунку в умовах експлуатації розроблено номограму визначення зазору h в ЦПГ, залишкового ресурсу Tзал, коефіцієнту інтенсивності зношування кінт та вірогідності відхилень від закону нормального розподілу наробітку Р(Ті ) для різних умов експлуатації. Для користування номограмою на горизонтальній вісі фази відкладають визначену при діагностуванні фазу д (точка А). На вертикальній вісі відкладають значення наробітку Тд (точка В). Із точки А проводять вертикальну, а з точки В горизонтальну лінії до їх перетину С. Відшукують також точку перетину продовженої вертикальної лінії з похилою, що характеризує зміну зазору (точка D). Проводять з точки D горизонтальну лінію вліво до перетину з віссю h (точка F). Дана точка вказує на фактичне значення зазору в ЦПГ.З точки С вправо проводять лінію, паралельну кривим зношення, до перетину останньої з вертикальною стінкою номограми (точка І). Горизонталь, проведена з даної точки вказує на граничний ресурс Тдгр. Різниця між величинами Тдгр і Тд є залишковим ресурсом. Провівши спочатку горизонтальну, а потім похилу лінію, паралельну направляючим з точки I, до перетину з допоміжною прямою коефіцієнта зношення, отримаємо значення цього коефіцієнта (точка К). Даний коефіцієнт вказує на умови експлуатації двигуна, що діагностується, у порівнянні з середньостатистичним. Якщо даний коефіцієнт перевищує 1, це відповідає погіршеним умовам експлуатації, в порівнянні знову ж таки із середньостатистичними. І навпаки. Продовживши вертикаль до перетину із кривою нормального розподілу (точка М), визначають вірогідність відхилення від закону нормального розподілу Р(Т).

Для позбавлення дискретності, яка притаманна номограмі, розроблено програму прогнозування залишкового ресурсу на ПЕОМ.

Економічну ефективність від впровадження віброакустичного методу діагностування ЦПГ розраховували за економією річних приведених витрат в порівнянні з існуючими методами, за рахунок підвищення точності діагностування. За базовий варіант прийнято існуючі методи діагностування ЦПГ, розглянуті в розділі 1 (середня похибка діагностування складає 20%). Сумарна похибка діагностування за розробленим методом визначалась за залежністю:

,(15)

де - відповідно сумарна кількість помилок першого (хибна тривога) і другого видів (пропуск дефекту).

Результатом розрахунку за залежністю (16) є похибка, що складає 1.8% для умов лабораторних досліджень. Враховуючи що в рядовій експлуатації умови роботи відрізняються від лабораторних в гірший бік для економічних розрахунків приймалася похибка 10%.

Проведений розрахунок економічної ефективності пропонованого віброакустичного методу діагностування в порівнянні з існуючими свідчить, що економія приведених витрат за годину та сезон роботи комбайна, для озимої пшениці, становить відповідно 72.74 та 12365.8 грн.

Ефективність від впровадження запропонованого методу віброакустичного діагностування ЦПГ підтвердилась виробничою перевіркою у МДП НАУ “Агротехінформсервіс”. Результатом впровадження даного методу у підприємстві є отримання річного економічного ефекту, що складає 152 ум. од. на кожен двигун СМД-31А зернозбирального комбайна Дон-1500, який діагностувався.

Висновки

На основі аналізу роботи зернозбирального комбайна Дон-1500А встановлено, що надійність двигуна СМД-31А (безвідмовність) найнижча в порівнянні з іншими його агрегатами. Одним з основних вузлів, від технічного стану якого залежить залишковий ресурс, є циліндро-поршнева група.

Встановлено, що одним з факторів підвищення надійності двигуна є впровадження перспективних методів діагностування і прогнозування технічного стану, одним з яких є віброакустичний, що базується на фазі виникнення вібраційного відгуку.

Теоретичний аналіз та експериментальні дослідження показали, що з підвищенням зазору в ЦПГ пропорційно зростає фаза виникнення віброакустичного посилання по відношенню до опорної точки від 7,67-16,14 п.к.в. при 750 хв-1 до 5,24-10,47 п.к.в. при 2000 хв-1 для зміни зазору відповідно від 0,22 до 0,82 мм. Оптимальним режимом діагностування є частота обертання колінчастого валу рівна 1000 хв-1. Визначення функціональної залежності фази виникнення віброакустичного посилання при перекладці поршня від зазору в спряженні “поршень-гільза” забезпечує розроблена математична модель, реалізована у вигляді програми на ПЕОМ.

Встановлено, що для підвищення точності діагностування ЦПГ доцільно використовувати ультразвуковий діапазон частот. В результаті дослідження тривалості співудару поршня об гільзу та вибору моделі віброакустичного імпульсу, визначена ширина його спектру, яка знаходиться в діапазоні до 100 кГц.

Обґрунтовані параметри роботи алгоритму діагностування, що забезпечують мінімум помилок першого (=0,007) і другого (=0,02) видів, визначених за допомогою комп'ютерної програми прийняття рішення про технічний стан ЦПГ, яка базується на основі адаптивного непараметричного синтезу оптимальних методів: Байеса; максимальної правдоподібності та зрізаного.

Розроблені математичні моделі індивідуального прогнозування залишкового ресурсу двигуна СМД-31А, які базуються на теоретичних і експериментальних дослідженнях, дозволяють визначати його без додаткових затрат на ТОР.

Запропонований метод може бути покладений в основу створення єдиної системи аналізу роботоздатності рядного дизельного двигуна, а розроблений прилад для віброударного діагностування ЦПГ в ультразвуковому частотному діапазоні на частоті близько 70 кГц і може використовуватись як засіб постійного моніторингу двигуна.

За результатами господарської перевірки досліджень отримано економічний ефект у МДП “Агротехінформсервіс” у розмірі 152 ум. од. на кожен двигун. В цілому результати досліджень дозволяють вирішувати на принципово новій теоретичній основі практичні задачі діагностування ЦПГ, визначення і прогнозування залишкового ресурсу дизеля СМД-31А і можуть бути покладені в основу створення системи оцінки роботоздатності будь-якого рядного дизельного двигуна.

Список опублікованих праць

Демко А.А., Надточій О.В., Марченко В.В. Аналіз методів і засобів для ресурсного діагностування циліндро - поршневої групи дизельних двигунів // Механізація сільськогосподарського виробництва. -Зб. наук. пр. НАУ. -Том IV. - К.: 1998, С. 117-122. (Особистий внесок - дослідження існуючих методів та їх класифікація).

Надточій О.В. До математичної моделі перекладки поршня в зазорі циліндро - поршневої групи дизельних двигунів // Механізація сільськогосподарського виробництва. -Зб. наук. пр. НАУ. Том VІІ. - К.: 2000, С. 56-61. (Особистий внесок - дослідження визначення сили тиску газів).

Надточій О.В. Аналіз математичної моделі перекладки поршня в зазорі циліндро-поршневої групи // Механізація сільськогосподарського виробництва. -Зб. наук. пр. НАУ. Том IV. - К.: 1998, С. 122-125. (Особистий внесок - дослідження радіального переміщення поршня).

Надточій О.В., Марченко В.В, Гельман Л.М.. Результати теоретичних і експериментальних досліджень залежності фази виникнення віброударного посилання від зазору в циліндро-поршневій групі дизельних двигунів // Механізація сільськогосподарського виробництва. -Зб. наук. пр. НАУ. Том IХ. - К.: 2000, С. 135-141. (Особистий внесок - обгрунтування параметрів діагностування).

Надточій О.В., Марченко В.В. Проблеми віброакустичного діагностування високофорсованих дизельних двигунів та шляхи їх розв'язання. -Агроінком. -1998. -№5-6. -С. 14-16. (Особистий внесок - дослідження методики віброакустичного діагностування).

Демко А.А., Надточій О.В. Особливості використання зернозбиральних комбайнів в Україні // Перспективи розвитку механізації, електрифікації, автоматизації та технічного сервісу сільськогосподарського виробництва // Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції /1-3 жовтня 1996 р., Глеваха, С. 51

Анотація

Надточій О.В. Діагностування циліндро-поршневої групи дизеля зернозбирального комбайна за віброакустичними параметрами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11. - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Національний аграрний університет, Київ, 2001.

Дисертацію присвячено підвищенню надійності визначення технічного стану рядного дизельного двигуна шляхом удосконалення методу віброакустичного діагностування циліндро-поршневої групи. У роботі обґрунтовано основні параметри алгоритму діагностування, які забезпечують мінімум помилок.

У роботі теоретично і експериментально визначені фазові параметри виникнення віброакустичного посилання від перекладки поршня для рядного дизельного двигуна. Розглядаються питання індивідуального прогнозування залишкового ресурсу за допомогою розробленої комп'ютерної програми.

Ключові слова: вібрація, поршень, циліндро-поршнева група, ресурс, діагностика, алгоритм.

Надточий А.В. Диагностика цилиндро-поршневой группы дизеля зерноуборочного комбайна по виброакустическим параметрам.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11. - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Национальный аграрный университет, Киев, 2001.

Диссертация посвящена повышению надежности определения технического состояния рядного дизельного двигателя путем усовершенствования виброакустического метода диагностирования цилиндро-поршневой группы.

Установлено, что большинство факторов, влияющих на работоспособность ЦПГ, могут быть устранены благодаря своевременной диагностике виброакустическими методами. Проведенный в работе анализ показал на невозможность определения технического состояния ЦПГ с достаточной достоверностью, несмотря на значительное количество методов без их усовершенствования.

Уточненная в работе математическая модель радиального перемещения поршня в зазоре ЦПГ, которая характеризуется поступательным и вращательным движениями последнего в процессе перекладки, дает возможность теоретически определить зависимость фазы возникновения виброударной посылки от зазора в сопряжении “поршень-гильза”. Обоснована зависимость спектра виброакустического сигнала от продолжительности соударений поршня об гильзу, что позволяет определить его ширину.

В роботе приведены методики: моделирования зависимости фазы возникновения виброударной посылки от зазора в ЦПГ; снятия виброударных характеристик перекладки поршня; измерения структурных параметров ЦПГ; обработки экспериментальных данных; оценки оптимального частотного диапазона; автоматизированной обработки сигналов; непараметрического синтеза метода принятия решения с оценкой достоверности диагноза. Обоснованные основные параметры алгоритма двустороннего контраста обеспечивают минимум ошибок первого и второго рода.

Использование усовершенствованной математической модели позволяет теоретически определять фазу возникновения виброудара. Приведенные в работе результаты расчета данного параметра выполненные для рядного двигателя СМД-31А показали, что с увеличением частоты вращения коленчатого вала фаза возникновения виброакустического отклика уменьшается в противовес поперечной скорости в момент удара. В тоже время в процессе износа ЦПГ фаза, по отношению к опорной точке, увеличивается. Интенсивность увеличения фазы при увеличении зазора для разной частоты вращения коленчатого вала двигателя разная. С наибольшей интенсивностью фаза растет при меньших оборотах, то есть имеет наибольшее приращение. Это приводит к увеличению зоны работоспособного состояния двигателя. Так, зона работоспособного состояния при n=750 мин-1 составляет больше 60, тогда как для 2000 - около 3,50. Следовательно, выбор частоты, близкой к номинальной приведет за собой к неоправданно резкому повышению требований к дискретности (чувствительности) диагностического средства, что в результате способствует повышению его стоимости и снижению точности постановки диагноза. Избавления перечисленных недостатков возможно для диагностики ЦПГ при 1000 мин-1.

Выбор информативной полосы спектра сигнала и ее нормирование с целью поиска наибольшего отношения “сигнал-помеха” показал, что спектр сигнала перекладки поршня имеет 5 ярко выраженных максимума. А именно на частотах - 29.5, 41.3, 47.2 та 70.8 кГц. Наибольшее отношение “сигнал-помеха” будет за зоной резонанса. Следовательно диагностику соединения “поршень-гильза” целесообразно проводить в за резонансной зоне ультразвукового диапазона на частоте около 70 кГц. Использование данного диапазона позволит увеличить отношение “сигнал-помеха”. В результате экспериментальных исследований спектральної плотности сигнала перекладки поршня установлено, что с изменением частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя, частотный диапазон упругих колебаний изменяется несущественно (на 800-1200 Гц).

Использование синтезированного метода принятия решения о техническом состоянии цилиндро-поршневой группы, положенного в основу компьютерной программы, позволяет оценить достоверность диагноза.

Для практического использования результатов исследований в условиях рядовой эксплуатации разработаны компьютерные программы индивидуального прогнозирования остаточного ресурса двигателя СМД-31А, базирующиеся на теоретических и экспериментальных исследованиях и обеспечивающих его определение без дополнительных затрат на ТОР.

Усовершенствованный в работе метод, может быть положен в основу создания единой системы анализа работоспособности рядного дизельного двигателя, а разработанный прибор для виброакустической диагностики ЦПГ в ультразвуковом частотном диапазоне (на частоте около 70 кГц) может использоваться как средство постоянного мониторинга двигателя.

Ключевые слова: вибрация, поршень, цилиндро-поршневая группа, ресурс, диагностика, алгоритм.

Nadtochey А.V. Diagnostics of cylinder-piston group of a diesel engine a grain to clean of combine on vibro-acoustics to parameters. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.05.11. - Machines and means of mechanization of agricultural production. - National Agrarian University, Kyiv, 2001.

The thesis is devoted to rise of reliability of definition of availability index of product in a number of a diesel drive by refinement of a method vibro-acoustics of diagnostics of cylindro-piston group. In operation the main parameters of algorithm of diagnostics providing a minimum of errors are justified.

In a thesis theoretically and experimentally phase parameters of origin vibro-acoustic of sending from impact of the piston for rise of a diesel drive are defined. The problems of individual prediction of a residual resource with the help of a designed computer program are considered

Key words: vibration, piston, cylinder-piston group, resource, diagnostics, algorithm.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Аналіз службового призначення машини, вузла, деталі, опис установки. Технічні вимоги і визначення технічних завдань при виготовленні деталі, типи виробництва й форми організації роботи. Розробка варіанта технологічного маршруту механічної обробки деталі.

    курсовая работа [82,6 K], добавлен 17.12.2010

  • Перелік основних деталей і вузлів базового двигуна. Аналіз потужних ефективних параметрів проектованого двигуна і порівняння з ефективними показниками базового двигуна. Заходи по зниженню токсичності відпрацьованих газів та охорони. Індикаторна діаграма.

    дипломная работа [2,1 M], добавлен 08.12.2008

  • Выбор очистного комбайна, механизированного комплекса. Расчетная скорость подачи комбайна. Теоретическая производительность комбайна. Организация работ в лаве и планограмма работ в течение рабочей смены. Определение продолжительности монтажа оборудования.

    курсовая работа [2,0 M], добавлен 19.05.2014

  • Розрахунок тракторного двигуна. Визначення сили й моментів, що діють у відсіку двигуна. Розрахунок навантаження, діючого на шатунні і корінні шийки і підшипники. Ступінь нерівномірності обертання колінчатого валу. Аналіз зовнішньої зрівноваженності.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.08.2011

  • Опис конструкції двигуна DLB-22 фірми Daihatsu. Ознайомлення із показниками експлуатаційних властивостей паливних сумішей. Особливості обробки високов'язких і некондиційних палив. Вимоги регістру судоходства України до паливної системи суднового дизеля.

    дипломная работа [5,7 M], добавлен 23.10.2011

  • Застосування двигунів внутрішнього згоряння в сучасній практиці. Розрахунок основних елементів чотирьохтактного бензинового двигуна легкового автомобіля; показники робочого циклу; кінематика і динаміка, тепловий баланс двигуна, аналіз врівноваженості.

    дипломная работа [610,4 K], добавлен 19.11.2013

  • Розрахунок потужності і вибір двигуна відповідно до заданих параметрів. Перевірка вибраного двигуна в умовах пуску і перевантаження. Перевірка двигуна по кількості включень та по перегріву. Обгрунтування та вибір елементів схеми. Опис роботи схеми.

    курсовая работа [71,1 K], добавлен 13.05.2012

  • Навантажувальна і гвинтова характеристики дизеля з газотурбінним наддувом. Побудова залежностей годинної і питомої ефективної витрати палива і повітря, ККД, середнього ефективного тиску наддуву від потужності дизеля. Аналіз системи змащування двигуна.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 14.02.2013

  • Розрахунок розмірів пазів та провідників обмоток статора. Розрахунок довжини статора і ротора. Коефіцієнт насичення і намагнічуючий струм. Параметри обмоток двигуна. Основні магнітні втрати у спинці статора. Робочі характеристики асинхронного двигуна.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 12.10.2011

  • Розробка електропривода механізму переміщення візка з двигуном постійного струму. Розрахунок потужності двигуна, сили статичного опору рухові візка. Визначення моменту на валу двигуна, шляху розгону візка. Побудова навантажувальної діаграми двигуна.

    курсовая работа [789,9 K], добавлен 09.12.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.