автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Вибродиагностирование поршневых колец четырехтактных дизелей

11

/I

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" ШЧНО-ИССВДОБАТаЛЬСКИЯ ДИЗЕЛЫСЙ ИНСШТУТ

На правах рукописи

4'1 САМОЙЛОВ Сергей №колввшч

ВИБРСЩИАГНОСТИРШАНИЕ ПСРШЕВЫХ КОЛЕЦ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Опедеальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ

диссертант на соискание ученой степени кандидата твх»тческях наук

Санкт-Петербург - 1992

Работа выполнена в Центральном ордена "Знак почета" научно-и«следовательском дизельном институте

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РСФСР,доктор технических неук,

профессор П.А.Истомин

Офидеальные оппоненты - доктор технических .наук,

профессор М.И.Лавин

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.И.Макаронков

Ведущее предприятие - ПО "Шдиэельмав" (г.Токмак).

Защите состоится " 1992 г.

в часов в конференц-еалв института не заседании следа ^газированного совета K-I34.02.01 по присуждению ученой степени кандидате технических наук при Центральном ордена "Знак почета" научно-исследовательском дизельном институте по адресу: 196158, г,Санкт-Петербург, Московское шоссе, д»25, хорп.1.

С дкссертащей можно ознакомиться в технической библиотеке института.

Отзыв« на автореферат просим направлять в двух экземплярах, вавереннмх печатью по указанному адресу не имя ученого секретаря слешвлязярованного совета.

Ученый секретарь совета к.т.н., с.н.с.

Б.И.Богданов

ОНЦАЯ ХАРАОТЕРИСТИКА t-АВОГЫ

Актуальность проблемы. Анализ научно-техничеаях достижений воляет прогнозировать на ближайшие десятилетия ведущую роль анэвых ДВС а состава энергетических установок транспортных цств. В этой связи дальнейиее развитие двигателестроения свя-э с наиболее острой и неотложной проблемой повышения качества Нунции. Важнейшим показателем качества является, надежность, актериэуемая безотказностью, долговечностью, ремонтопригод-гью и сохраняемостью.

Одним из пу\эй повышения надежности дизеля является примене-'рациональной системы технического обслуживания и ремонта, lüi-

0 используемая в настоящее время планово-предупредительная сис-а технического обслуживания и ремонта базируется на обязатель-

объемах и периодичности работ, которые регламентируются на овании среднестатистических данных. В больпинстве случаев эти ные не отражают фактическую потребность в техническом обслужи-ии и ремонте конкретного дизеля.

Ущерб, возникающий от проведения планово-предупредительной темы технического обслуживания и ремонта, столь велик, что од-

1 из первостепенных задач стало осуществление перехода от тех-юского обслуживания и ремонта по заранее намеченному рэгламен-к обслуживанию и ремонту по потребности, определяемой путем разборного диагностирования.

Рост удельных мос(Ностей в днигегелестроении снижает долговеч-!ть деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) дизеля. Поэтому peje дизеля до переборки определяется техническим состоянием дета-t именно этой группы. Следовательно, очень важно опрзделять нетление момента предельного состояния ЦПГ, начиная с которого > эксплуатация должна прекращаться. Наработка цилиндра до оче-;ного вскрытия определяется работоспособностью поршневых колец О. Нарушение в работе ПК приводит к сокращению етого срока.

Таким образом, первым шагом в решении проблемы повышения канва дизеля, связанной с'выбором рациональной системы техничэс-70 обслуживания и ремонта, является получение достоверной и опе-жвной оценки технического состояния детальй ЦПГ, которое хер&к-ризуется прежде всего работоспособностью ПК.

В атом отлошзнии большие эозмогнссти огкрынаются 1ри и-зпольоо-даи результатов теории и практики виброакустической д^агносн.ки.

- г -

Предлагаемая работа является одним из практических шагов периода четырехтактных дизелой ка рациональную систему техни-чстг.'.тэ обслуживания и ремонта по фактическому состоянию ВДГ.

Цель работы. Повышение эфиктивности эксплуатации и ресу] са четырехтактных дизелей путем внедрения разработанных метод( гических основ вибродаагностмрования ПК.

Для достижения этой цели необходимо решение ряда задач.

1. Аналитическое описание зависимости механизма возбужде! колебательных процессов в ЦПГ от технического состояния ПК.

2. Выбор форкы представления и разработка алгоритма ваддо ния диагностической информации.

3. Разработка методики проведения обучающего эксперимент«

4. Создание диагностической подели.

5. Разработка алгоритма диагностирования.

6. Оценка эффективности результатов диагностирования.

Научная новизна. Разработано аналитическое описание фши*

ских закономерностей связи технического состояния ПК и парамет ров вибрации втулки цилиндра (ВЦ).

Разработан алгоритм выделения диагностической информации, позволяющий с высокой эффективностью получйть полезную информг цию кз регистрируемого вибросигнал.1.

Создана диагностическая моцел^ с помощью которой возможна однозначная оценка технического состояния ПК.

Разработан алгоритм диагностирования ПК четырехтактных да зелей.

Практическая ценность. Результаты исследования позволяют осуществить обоснованный переход от лланоЕО-предулредательной системы технического обслуживания дизелей к обслуживанию по фактическому состоянию ЦПГ. Это существенный образом повышает эфрективисеть ^.[клонирования энергетических систем, имеющих своим составе дизельные установки. Разработанный алгорити диаг стироьания можэт быть использован пр: доводке, оксядуаташи и ремонте четырехтактных дизелей и реализован, как в специально зданных агрегатных и программных средствах» так и в укиверсаль них измерительно вэтислительннх комплексах.

Досуохйрность научных положений и выводов обоснована теор тич^сг.1 и подтверждена результатами обучгоцего эксперимента,пр веденного в хнатурных испытаний V -образного двигателя 8ЧЧ26Д5. Устйнсвлзно, что вероятность правильного диагноза дл моделируем:« технических состояклй ШГ состявляет не менее 0,5

- а -

Реализация работы. Разработанный алгоритм диагностирования щрвн на Коломенском тепловозостроительном заноде и использует-{ а ходе доводочных испытаний двигателей типа Д-49.

Апробзщя работы. Результаты исследований по теме диссерта-юнной работы докладывались на Всесоюзной научной конференции 1роблеш совершенствования рабочих процессов в двигателях внут-жнего сгорания" (Москва, 1986г.)« на Всесоозном научном семи-»ро "Диагностика, повышение эффективности, экономичности и дол-эвечности двигателей" (Санкт-Петербург-Пушкин, 1587г.), на гесоюзном совещании "Проблемы диагностики" (Ростов-на-Дону, Э88г.), на Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Бибрп-т и вибродиагностика. Проблемы стандартизации" (Нижний Новго-од, 1991г.).

Публикадей. Основное содержание диссертации опубликовано в 9ВЯГИ печатных работах.

Структура и обгеы работы. Диссертация состоит из введения, яти глав и выводов, списка литература (119 наименований) и трех риложений, содержит 174 страницы основного текста, 13 таблиц и 6 рисунков.

содержание РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выполняемых в дяс-:ертационной работе исследований.

В первой главе рассматривалась проблема обеспечения качес?-1а дизелей, в которой выделены аспекты определяемые принципами, ютодами, а также средствами обеспечения и подцеряшмк показаний надежности.

' Наметившая в последнее десятилетие тенденция форсирования траиетров рабочего цикла (особенно четырехтактных дизелей) со-]ровождается тем, что наибольшее число отказов (приблизительно

от общего числа) связано с деталями ЦПГ, а их ремонт требует ;о 65£ средств, выделен«!« на ремонт всего .дизеля.

Опыт эксплуатации дизелей показывает, что долговечность ЦПГ зависит от срока службы ПК.

Стремление предупредить вознитовение отказов обусловило разработку планово-предупредительной системы обслуживания и ремонта двигателей. Основная на такой подходе система обслуживания и ремонта имеет недостатки: в одних случаях ремонтно-регулировсч-кым работам подвергается двигатель, находящийся в удовлетзоритель-

ном состоянии и не нуждающийся в таких работах; в других - наступивший в период эксплуатации скрытий отказ устаняется тольк во время регламентных работ.

По данным ряда исследований 70.. дизелей поступает в питальный ремонт с деталями ЦиГ, отклонение размеров которых о номинале ке провшает, требований на их выбраковку. У 5..Л0Й д талей размеры лежат в пределах допуска завода-изготовителя. С другой стороны вопроси долговечности ЦПГ особенно беспокоят эк плуатационщиков в первые 3000...5000 часов работы дизеля: интв! сивные износи колец стали почти хроническим явлением.

Указанные недостатки могут быть полностью или частично ус рапены при г статочно достоверной оценке технического состояни; ПК методами и средствами технической диагностики. Применение да ностирования позволяет отказаться от жесткой регламентами раб< через определенные фиксированные промежутки времени и перейти ] работам, объем и содержание которых определяется фактическим '-с< стоянием объекта.

В условиях все возрастающих требований, при разра ботке те> ческих систем диагностирования, к таким показателям как глубиш поиска дефекта и достоверность диагностирование представляется целесообразным использование совокупности различных' методов тел нической диагностики, которые отвечают принципам беэразборностя оперативности, информационной емкости и др. В этом направлении большие возможности првдстазляют методы виброакустической диагс-тики.

В имеющихся в настоящее время разработках, связанных с мен дами виброакустического диагностирования ЦПГ, главным образом, рассматривается возможность оценки технического состояния сопря кения поршень-втулка, предзедарк .го состояния и поломок ПК. Одн ко исходя из анализ имевщихся литературных источников, остаетс открып®1. вопрос о возможности вибродиагностирования износа 1Ш, который, согласно опыту эксплуатации четырехтактных дизелей, яв ется наиболее распространенной и часто встречающейся неисправно ЦПГ.

Для решения поставленной задач* нет выдвинута конкретная бочая гипотеза. Известно, что изноем существенно ухудшают прмле ние кольца к зеркалу цилиндра, увеличивают зазор в замке и в пр цессе износа рабочая поверхность кольца приобретает бочкообразн #орму. Не« эти Яякторы, в конечном счете, приводят к увеличению таязршы масляной пленки, формируемой ПК на зеркале цилиндра.

ИЬхно предположить, что угощение масляного слоя окажет деы-{ирушцае влияние на энергию соударения, имеющего место при паре-яадка поршня в пределах зазора поршень-втулка. При этом следует кидать уменьшения амплитуды свободных колебаний, возникающих прм Парном воздействии поршня.

Выполненный анализ позволил определить указанные выше цель задачи исследований.

Ьо второй главе рассмотрены физические аспекты связи тэхни-еского состояния ПК с характером протекания вибропроцессов в ЦПГ.

При проведении расчетно-яеоретического анализа влияния иэно-а ПК на закономерности ывслопереноеа в ЦПГ выделены главные при-ины формирования масляной пленки на зеркале цилиндра: гидродина-ическая составляющая потока (расхода) масла через сопряжение ко-ьцо-шллндр, составляющие через замковый зазор и неплотности при-егания кольца к цилиндру. Расчетным путем выяснялся вопрос о вли-лии радиального износа (наиболее характерный вид износа ПК для .вигателай типа Д49) ПК на каждую из выделенных составляющих пото-:а ыасла. Для этой цели использовалась модель одиночного верхнего юмпрессионного кольца (которое в максимальной степени, по сравне-мю с другими кольцами, подвержено влиянию различного рода факто-юв). При тахом подходе полученные результаты способствуют лучше-|у представленио о механизме формирования масляного слоя на зер-сале щлиндра комплектом ПК с учетом влияния на этот механизм тех-шческого состояния последних.

В результате выполненного расчета получено распределение от-юсительного суммарного потока масла через одиночное ксмпрес-яонное кольцо по углу поворота коленчатого вала (п.к.з) для раз-гачной степени его радиального износа (рис.1). Необходимо отметать ювышение суммарного потока (характерное для каждого такта) при увеличении радиального износа ПК. На также сжатия этот эффект проявляется в максимальной степени, т.е. одиночным компрессионным кольцом на зеркале цслиндра формируется (оставляется) масляная гленка, толщина которой является максимальной по сравнению с другими Тактами. "Отрицательное значение" С| £ в начале такта рас-пи рения указывает на то, что на этом участке кольцо не оставляет за совой масляного следа. В данном случав течение масла через кольцо происходит в направлении движения кольца. Исходя из полученных представлений о закономерностях формирования масляного слоя одиночным компрессионным кольцом, проанализирован механизм масло-переноса комплектом ПК. Рассматривалась конструкция поршня двига-

талей типа ЧН26У26, имеющего в составе комплекса три компресс»! ных кольца трапециодалььой формы, одно "минутное" кольцо и два малосъемных.

В свете выдвинутой гипотезы о влиянии толщины масляной шк ки на характер ударного воздействия поршня на ВЦ при его перекладке рассматривалось два вопроса.

Упрощенная кинограмма движения поршня, с помощью которой I лучено представление о распределении ударных импульсов от возд( стбня поршня по всей длине ВЦ и механизм формирования масляной слоя между трониои поршня и ВЦ. Толщина этого слоя для данного конструктивного исполнения поршня определялась действием масло-съемных колец. Построение графика кривой изменения нормальной силы по углу п.к.в. позволило установить, что поршень в течение рабочего цикла совершает весть перекладок. При ходе вверх масш ная пленка между тронком поршня и цилиндром формируется масло-сьемным кольцом коробчатого типа (симметричная форма которого * является определяющим фактором в процессе маслопереноса в завис мости от направления движения поршня), а при ходе вниз - скреб! который в этом случае сбрасывает значительное количество масла поверхности зеркала делиндра.

Установлено, что в течение всего такта сжатия при номинал! ном режиме поршень прижат к одной стороне ВЦ. Этот фактор спосс ствует образованию масляной пленки на зеркале цилиндра, зависящем только от работы комплекта ПК,

Увязка приведенных факторов с выводами о закономерностях маслопереноса одиночным компрессионным кольуом привела к тому, что предметом дальнейшего исследования стал механизм формирования масляного слоя комплектом ПК между тронком поршня и ВЦ при ходе поршня на также сжатия и последующей перекладки поршня в н чале такта расширения, при которой возбуждается наиболее интенсивные (в энергетическом отношении) и информативные колебания £ Огыечено, что при формировании поршневым комплектом колец масляного слоя на зеркале цилиндра реализуется идея "отслеживания" кольцом масляного слоя, суть которой состоит в том, что то щина масляной пленки, образованная каждым последующим кольцом претерпевает изменения синхронно изменяющейся толщине масляного слоя, формируемого предцдунртм кольцом.

Таким образом, реакцией на увеличение количест: масла, ос тавляемого на еаркале цилиндра при износе каждого кольца, служи

гаерствующее утолщение масляной пленки, оставляемой предыду-кольцом. Кож там результатом является увеличение толщины мас-эй пленки между тронком поршня и ВЦ. В связи с выдвинутой гипо-ой о влиянии толщины масляной пленки на степень демпфирования эбательных процессов, возникающих от удяроа при перекладке пня, рассмотрены некоторые положения теории удара в механиче-к системах с сосредоточенными параметрами и одной степеньи боды, а также оценена степень воздействия масляной пленки на иальное движение поршня.

Аналитическое описание удара представлено полускнусоидальнш ульсом силы. Показано, что во временной области информация о :ебательном процессе представляется в интервалах действия и пос-приложения ударной нагрузки, а в частотной области реакция на фное воздействие концентрируется в районе собственной частоты ¡темы.

При исследовании динамики поршня а масляном слое принималась зощенная модель: поршень совершает только поступательное движе-) поршня в радиальном направлении относительно оси долиндра. эеделение силы сопротивления масляного слоя движению поршня ба-ровалось на решении уравнения математической <|изики (задача Ди-сле для уравнения Пуассона).

В конечном итоге найдена зависимость скорости \ уд поршня момент удара от начальной толщины Ни м-сляной пленки на пр-ге флищра а начале такта расширения

V „ _1__[к t 2 - R ( - -fol ' «>

,e ш n - масса поршня ; Кд - коэффидаент пропордаональности, яэывавщий линейной зависимостью нормальную силу и продолжитель-1СТЬ tn£p перекладки ; R - величина, характеризующая силу противления движению поршня в масляном слое ; hmln- минималь-| возможная толщина масляной пленки, необходимая для соблюдения ikohob гидродинамической теории смвзки. Логичным продолжением >да предыдущих рассуждений явился анализ ВЦ как колебательной i стены с распределенными параметрами, представленной моделью 1УГЛОЙ ТМЛИНДрИЧеСКОЙ ОбОЛОЧКИ (ДЛИНОЮ 1. ь С »фИВИЗНОЙ Rc? :единной поверхности); ее возможных собственных йорм (число m 1луволн по длине ВЦ м число п волн по се окружности), а так-з соответствуисрх им частот f 1Ш"'колебячиК и реакши рассмотри-

ваемой колебательной системы на ударное воздействие со стороны поршня!.

Для решения системы уравнений динамики цилиндрической оболоч ки в аналитическом виде использовался метод Бубнова-Галвркина. При этом ВЦ подвесного типа дизелей типа ЧН26/26, в первом приближении, представлялась модельо консольно-э ащемленно й оболочки. В результате получено выражение динамического прогибе ШЧ*, по одной из собственных форм колебаний ВЦ без учета затухания после окончания действия на нее ударной нагрузки (представленной полусинусоидальным импульсом длительностью К ) со стороны поршня, совершающего перекладку в начале такта расширения при наличии масляного слоя в зазоре тронк-одяиндр

• (ШТ1)

unvM>- «Г" ^Чш + е[к t2 -

4 ' 0 л ntp

- R( - -~г ) &1п&у(|-С051»Х)]. «рм t>f,

где - координатные направления; и/""" и tl*0cmr,> - начальны«

прогиб и скорость движения оболочки; 5 — n/RfP; с - тл/L 0= М.р^не^/НйГт/о-^^) )];С- коэффициент восстановления;

m^m Дп1я-ипм) » mvr ~ масса втулки. Уравнение (2) представляет зависимость рассматриваемых видов колебаний ВЦ от тодар-ны масляной пленки формируемой поршневым комплектом колец на зеркале делиндра. Ь конечном итоге, здесь выражаются фоические закономерности, лежащие в основе связи технического состояния ПК с параметрами колебательных процессов, обусловленных функционированием цпг.

* ^Ратья глава посвящена методам выделения и анализа диагностической информации. Для этого случая ВЦ классифицирована как стационарная линейная система, способная осуществлять прием, преобразование и передачу информации, носителем которой в данном слу-чЛ-> выступает вибросигнал.

Такой путь анализа основан как на временном, тек и на частотном представлении сигналов и систем. С информационной точки зрения 5Ти два подхода равноценны.

В практических приложениях довольно часто используют спектральное представление сигналов, наглядность которого позволяет глубже вникнуть в особенности анализируемого процесса благодаря

»

сто психологическим аспектам восприятия информации. Ь этой эм, учитывая, что информация о техническом состоянии ПК эаклю-а в свободных колебаниях ВЦ ударного происхождения, основной мой представления диагностической информации принята частот-I область.

Для разработки э<М«хтивного алгоритма выделения диагностиче->й информации представлена математическая модель вибросигнала

, которая вдекватна механизму возбуждения и характеру отекания виброакустических процессов в дизеле на такте росши-ДО я

лезная составляющая соответствует свободным эатухахизим

лебаниям ВЦ, которые возбуждаются при перекладке поршня в начя-такта расширения. При этом учитывалось, что преобладающей в актре свободных колебаний ВЦ, согласно расчетно-эксперимента-ным данным литературных источников, является форма с парвметра-I волнообразования гл » 2 и и « 2 {возникающая от ударного ^действия газов при сгорании и под действием нормальной силы » стороны поршня), которой соответстьует собственная чистота > = ^ * 2155 Гц. Спектральный состав помехи идароко-

>лосен, он неоднороден по своему содержанию и <*орме. Помеха обу-иовлена спектральными составляющими нмбрации лизеля, имеющими зато в начале такта расширения.

Исходя из представленной модели (3) вибросигнвля, разработан ягоритм' выделения диагностической ин<$орма1Ми, включачг^ий в себя яд операций, способствующих повышению отношения сигнал/помеха.

I. Предварительная |}ильтряцця регистрируемой временной реа-извции вибросигняла со спектральной плотностью

полосе частот 2 А у с центральной частотой пропускания у 4 , авной частоте свободных колебаний 1)Ц < , с частотш* коэф^Ш-яентом передачи Ультра

,, . 'С-М

¿. сыдедекие Л-рагмента временно!» ^еалияадаи отг!мльтрованно-■о виброси гнала Хн,0 > сглягибяющим временным окном ^1) на (нтервале наблюдения Тн , равном продолжительности 11 ереходного процесса, возникающего при возбуждении ударом иорзня в начале гвкта расширения

х-ДО^и). (5)

Использование временного окна О ) определенного вида необхс димо для уменьшения искажения информации в частотой области, обусловленном конечной длительностью интервала наблюдения.

3. Представление временной реализащи Хт Ц) в частотна области I т„ к

5Т — 5 х/^фехрЫгяс^Л. ^

В этой же главе решался вопрос о выборе шдадиагностическ модели, для создания которой был привлечен математический аппар статистической теории распознавания образов. В основу диагноста ческой моде-ы положен критерий максимального правдоподобия. С п мощью этого критерия измеряемый признак X можно отнести к о, ному из распознаваемых классов , совершая при этом ошибки

первого сх и второго р рода. Решающее правило для двух-альтернативного случая записывается в виде

{хей'ссли Д(х)--иг(х)/^(х)< 1,

г' 2 V

где А<Х) - коэф<{ищент правдоподобия; 47 (X) и иг (.X) - уело! кые плотности распределения значений X классов £2( и £2г ,

В качестве диагностического признака (1 выбрано максимал! нов значение модуля спектральной плотности вибросигнала на инте] вале наблюдения Тм отфильтрованного в полосе шириной центром на частоте , т.е. с! — тлах |) Б^С^)!}.

В четвертой главе описано проведение обучающего экслеримек та. Методическая сторона задачи обучения состояла ь том, чтобы сначала восстановить неизвестны, функ^и распределения совокупно ти параметров двух :лассов, а затем по восстановленным Функицям распределения построить решающее правило. На начальном этапе обу чения была принята гипотеза о нормальном законе распределения вн борочних значений диагностического признака.

В качестве объекта исследования выбран 3-й левый деликцр V-образного двигателя 8ЧН26/26. В ходе обучающего эксперимента моделировались следующие сочетания технических состояний Щ1Г: (Й 23?, 100? износ ПК и 100£ изн^с ПК и БЦ. Процентный показатель промежуточного состояния ПК определялся как среднее значение величин изношэнизсти в « каждого кольцо лорпневого комплекта. Пре-

«

:матривалась регистрация вибросигнала на номинальном на груз о ч-я режиме - 10055 N6 и долевых - 5СЙ Ме и ОЙ Ме при час-ре вращения коленчатого вала п = 1000 мин~*~.

Установка первичного вибропреобразователя (акселерометра) уществлялась а плоскости качания шатуна со стороны люка карте-на расстоянии 50 мм от нижнего юрца ВЦ на стальной шпильке, целью проверки надежности результатов обучения были проведены вторныа испытания с нормальным техническим состоянием ЦПГ.

Процедура обработки экспериментальных данных разделялась на и этапа: регистрацию, подготовку и анализ. Какций из перечис-нных этапов ре мизов'ывался с помощью иэмерительио-аичислителъ-го комплекса, содержащего, в частности, универсальную ЭЫД ти-ЕС-1046.

Б ходе предварительного анализа экспериментальных данных оводилось изучение структуры регистрируемого вибросигнала ио еменной и частотной областях, с целью определения интервала |блюдения Т„ и ширины полосы частот 2д | , в которых нахо-!Тся полезный сигнал. Ориентиром для выбора центра полосы слу-:ло значение а 2155 Гц. Для спектрального анализа вибросиг-1ЛОВ использовалось дискретное преобразование Фурье.

Изучение вибросигнала в частотной области, имеющего по своей ;ироде случайный характер, предусматривалось по усредненному емп-[тудному спектру, который-вычислялся как среднее ариоЕметическое 1ачение амплитудных спектров N -го числа временных реализаций (бросигнала, продолжительность которых равнялась длительности абочего цикла двигателя.

Критерием выбора информативного режима диагностирования гю-и ужи л о максимальное значение А усредненного амплитудного гактра вибросигнала на частоте | тах . Ориентирам для опреде-зния £та)( являлось значение |о = 2155 Гц, т.е. ^ •

качестве информативного выбирался тот нагрузочный режим, для оторого величина Апшх'наибольшая. При этом полученные резуль-аты должны быть однозначными для всех моделируемых состояний ЦПГ.

Полосовая фильтрация осуществлялась цифровым (}ильтром, реа-изованным программным методом на ЭШ. Шрина полосы пропускания ильтра Йд| — Вг нах^циг сь из соотношения 2£ .

лэФк^ициент затухания для ВЦ (как оболочечной конструкции) пришелся =0,1. Это значение дает верхнюю граничную оценку В,, .

В качестве весовой функции при временном стробировании вы-|рано окно вица

yt)-

4111 ( t - 1V2 )/[?3f ( t-1Vри ' 0 < t \< î

t» ,при |t|>T

(в)

Ь вычислительной плане использования окна данного вида состввля повышенные трудности по сравнению с широко используемыми на пра тике окнами Ханна, Хэмминга и др., надает более точные оценки спектральных компонент анализируемого сигнала.

Проверка гипотезы о нормальном распределении эксперимент ал них значений диагностического признака d осуществлялась с по ыодь» критериев Колмогорова, Крамара-Ыизеса-Смирнова и Шапиро-Уилка.

При проверке гипотезы о нормальном распределении диагности ческого признака d объекты обучающих выборок для моделируемы состояний принимались одинаковыми. Согласно рекомендациям литературных источников, при использовании критерия максимального правдоподобия и обеспечении достоверности распознавания равной 0,90, объемы обучающей и контрольной выборок составили m > 18 и пк > 33. -

Методикой анализа экспериментальных данных предусматривало что гипотеза D нормальном распределении параметра d принимав ся только при совпадении выводов по всем трем критериям. В случае противореадя полученных выводов друг другу должны проверять си гипотезы для иных законов распределения или использоваться непараметрические методы. Для полученных оценок itHiij) плотное тей распределения параметра d из условий (7) попарно находились отношения правдоподобия для моделируемых состояний и оде) км достоверности. Но результатам обучения строилось решающее npi вило, эффективность которого проверялась при предъявлении контрольной выборки объемом и » 34.

В общем случае решающее правило, основанное на критерии Mai симального правдоподобия (при произвольных виде функции u.'jttlj) и количестве распознаваемых классов К ), представляется выраженном

В пятой главе дан анализ результатов проведенного исследов« ния. По данкш эксперимента в качества информативного выбран но-

к Г

ей,, t < I v К ,

W, » U u-ud ) - nuni ri ur ld ) \

l t., l » l i-i » 1 ;

(9)

если

инальный нагрузочный режим двигателя 8ЧН26/26. Из рис.2 видно, то значения А та, амплитуд усредненных спектров для моделируе-ых состояний ЦДГ расположены в диапазона (2300-2400) Гц. Имею-ийся разброс значений j0 связан с тем, что при переборках невозможно соблюдение идентичных условий монтажа втулки на блоке. !роме того имеет значение влияние случайных соседних спектральных (оставляющих и наличие различного рода лугрешностей, имеющих мес-•о при регистрами и дальнейшей обработке вибросигнала.

Необходимо отметить, что значения Awcu убывают с наибольпе-'о значения (для неизношенного комплекта ПК) до минимального [при 100% износе ПК), Промежуточные значения AmUs а порядке убывания относятся к 23% износу ПК и 100Й износу ПК и ВЦ. По промежуточным значениязд Ата, для Ю0£ износа ПК и ВЦ (относительно значений А ц для других состояний) можно судить о том, что фактор износа *ПК и ВЦ имеет противоположное влияние на закономерности, которые связывают техническое состояние ЦПГ с параметрами вибрационных процессов. Определены параметры = 2340 Гц и Б г = 480 Гц. Установлен интервал наблюдения т = 55° п° углу п.к.в., соответствующий длительности затухающих свободных колебаний ВЦ, возникающих при перекладке поршня в начале такта расширения (рис.3).

С помощью разработанного алгоритма выделения диагностической информации наедены значения признака d для всех моде гиру-емых состояний ПК й-ВЦ^с знаковым объемом обучающей выборки т0 « 21. Пря использовании выбранных критериев согласия установлено с доверительной вероятностью рд « 0,99, что гипотеза о нормальном распредэлении d не противоречит экспериментальным данным. •.. .

По результатам обучения и на основе решающего правила (9) получена диагностическая модель исследуемого объекта. Формальное ошеаниё диагностической модели имеет виц

где d^ , >1 v и , - средние выборочные значения и средние квадратичные отклонения диагностического признала, полученные на этапе обучения.

Адекватность диагностической модели (10) ре&льньы условиям проверялась с помощью контрольной выборки IJ. 1а";бт>емом п^ «34,

- Т1 -

Распределение суммарного потока мЬсла чаррз одиночш компрессионное кольцо

. х.....

I - номинальные размеры кольца; 2 - 5(Й рап^альный изн 3 - 10055 радиальный износ РисЛ

Участок усредненного амплитудно-частотного спектра вибросигнала при Ые 1

тию гюи ноо ¡¿500 гчос wo 'ьоо f. Га

I - СЙ износа ПК; 2 - 23Й износа ПК; 3 - I00Í износа ПК; 4 - 100^ износа ПК л ЬЦ

Рис.2

I

Фрагмент временной реализации вибросигнала после полосовой ({ильтрации

Рйс.З

>?орая была получена при повторном моделировании нормального шического состояния ЦПГ. При этом получзны сшибки распоэнава-!Я а « 8,0001-ГО-3 и . Ц = 13,7001-Ю"3.

На основе диагностической модели (10) разработан алгоритм !агностнрования (рис.4)', с помощью которое возможно определение гвпени работоспоообаости и исправности ПК,в отдельности, техни-эского состояния ¡ИГ в целом.

Шределены лоиаэатели эффективности диагностировать. Досто-арность диагностирования ]}: [) = 0,9330 (»>,? износа ПК), В * 0,9331 (235? износа ПК), - 0,9763 (¡ООН износа ПК) и 04 -0,9782 ■( 10056 износа ПК и БЦ). Точность технических средств диаг-остировпния 5,2£, Средняя оперативная продолжительность иагностирования I х состяяляет 5 мчн. Срецчяя стоимость одно-ратного диагностирования - 1,06 руб. (в ценах на 1965

од). Средняя оперативная трудоемкость диагностирования -

2,2 чел.-ч. Ожидаемый годовой экономический эМйкт о? внг V-ония диагностического кентрелк на одном тепловозе Эо = 5850 руй.

- 16

Влокгсхема алгоритма -влагностирования

PUc.4

выводи

1. Обобщение опыта эксплуатации подтверждает яктуальность реализации технического обслуживания и ремонта Ц11Г чзтчрехтактных оизолей по се фактическому состоянии. Анализ возможностей существующих методов диагностирования показывает, что с помощью вибро-вкустического метода может быть получена с достаточной степенью достоверности оценка технического состояния ПК, по величине износа которых устанавливаются сроки первой переборки дизпля.

2. Прозе ценный рясчетно-теоретнческий анализ позволяет выявить закономерность влияния радиального износа ПК на механизм маслопереноса в пориневой паре. При этом обнарухивпется, что увеличение износа ПК сопровождается созрастаиием толщины масляной пленки, формируемой ПК на зеркале цилиндра, особенно на такте сжатия.

3. Изгибныо колебания ВЦ, возбуждаемые при ударах, сопровождающих перекладки поршня в зазоре с масляным слоем, как процесс, несущий диагностическую информацию, представлены в виде математической модели вибросигнала, с помощью которой осуществлен выбор формы представления и алгоритма выдоленчя диагностической ин4ор-матдеи.

1. Результатг экспериментов, пог-чениых в условиях стендовых испытаний на V -образном двигателе 8ЧН26/26, подтвердили реальность предложенных теоретических предпосылок о физических закономерностях, характеризующих связь технического состояния ПК и параметра вибрашш ВЦ: с увеличением износа ПК сиикается максимальное значение амплитудного спектра на частоте свободных колебаний ВЦ,пчбрлччого в качестве диагностического признака. Д^я диагностирования принят номинальный режим работы двигателей типа ДЧ9.

5. По результатам пнализа экспериментальных дан. «л полнена конкретная диагностическая модель, устанааливлте:ач еднознячнг>е соответствие между внГрлннмч пиагностическ'ч ппизнаксм и ^кп-чпеким состорниил ПК. Оснооу гнагности^'еской модели составляет резаяцее правило теории статистических рех^чиЗ - кр:гер!й максимального правдоподобия.

6. Разработанный алгоритм пячгнос'.крзвсния обеспечил определение 2У, и ЮЗ", чпиальнэго износа в ПК и позволяет тгм же путем подойти к определению технического состояния, характеризуемого другими степенями износа ПК.

- Ш -

Основные положения диссертации опубликоияны в следующих работах:

1. Разработка алгоритма и макетного образца системы технического диагностирования судового дизель-генератора 2ЭДГ. Отчет о НИР (заключит.). ЬНТИЦентр. Рук.Л.В.Станиславский.- Инв.» 0284.0046270 М.: 1904. - 3£2 с.

2. Самойлов С.Н., Стцкиславский Л.В. Повышение эффективности пиагностироаания нилиндропоршневой группы дизеля по виброакустическим параметрам.// Тез.докл.Всесоюзной научн.конф."Проблемы совершенствования рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания" (г.Москиа, 4-6 ({овраля, 1986г.). Москва, 1966.- с.22о.

3. А.с.М 1260715, СССР, 1Ш3 01 М15/00. Способ дифЛеренциро-■ ванной оценки технического состояния цилиндропоршневой группы ти-хохоцного многоцилинцрового двигателя внутреннего сгорания /О.Р.Игнатов, Л,Ь.Станиславский, С.Н.Самойлов, В.В.Чернятин и А.В.Черников (СССР) - № 3665743/25-00; Заявлено 17.03.05 г. Опублик. 1.06. 1986 г. Бол.№ 36 - 2 с.

4. Самойлов С,П., Станиславский Л,Ь., Щетинин В.Г. Повышение эффективности диагностирования лары горшень-втулка дизеля// Двига-тегестроение,- 19В7. - № 4.- с.24-26.

5. Самойлов С.Н. Оценка технического состояния элементов конг струкции двигателя методами аиброзкустической диагностики - Ъ кн. Диагностирование дизелей/ Е.А.Никитмн и др.- М.: Машиностроение, 19В7,- с.117-149.

6. Повышение экономичности йЬорсированныт могде^икаций двигателей ЧН26/26. Отчет о КИР (промежут-)- ВШИ Цент р. Рук. Л. Б. Станиславский.- Инв.« 028.60025729.- М., 1908.- 51 с.

7. Самойлов С.Н. и пр. Использование временных и спектральных характеристик вибросигнпла при оненке технического состояния сопряжения втулка-поршень дизеля// Двигатоли внутреннего сгорания.-Харьков, 1990.- вып.52.- с.ЗЭ-44.- (Тр.Ш).

8. Истомин П.А., Самойлов С.Н. Построение диагностической модели объекта на основе теории статистических реаени\\Ц Тез.докл.

Ш Всесоюзной научно-технической кон-Ь"оибрация и ьибродивгностика. Проблемы станпартизации". {Нижний Новгород, 17-19 сентября,1991г.)-Нижний Новгород, 1991,- с.'76-77.

9. Заявка на изобретение » 4341785/06 (007335). Устройство .для диагностирования цилиндропорвневой группы двигателя внутреннего сгорания (положительное решение от '¿О.91г.) С.Н.Самойлов, П.А.Истомин, А.Ь.Кийко, Л.В.Станиславский. О.Р.'Лгнотов и В.Ы.Ло-■бастов.

Подп«с»ко к оечата 20.12.91 Форм»т £Лх64 1,1 Ь п.я. 1 ■Лира* 100 3««ш* 57}

Ротапринт ЛНСИ, г.Луганск, к»,иопод»*кый, д.20-»