автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Диагностика системы воздухоснабжения дизелей тепловозов железных дорог КНР

гО <3?

^ На правах рукописи

» £

ХУАН цзяньминь

N

4,4 УДК 629.424.1.001:621.436.12.013

ДИАГНОСТИКА СИСТЕМЫ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ ДИЗЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ КНР

Специальность 05.22.07 — Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Авторефер ат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1995

Работа выполнена на кафедре «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Петербургского государственного университета путей сообщения.

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор Иван Филиппович ПУШКАРЕВ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Анатолий Андреевич ЧЕРНЯКОВ; кандидат технических наук Анатолий Федорович БЕГУНОВ

Ведущая организация—-служба локомотивного хозяйства Октябрьской железной дороги.

защита диссертации состоится 1995 г.

в . 7*2 . часов .¿К/. . минут на заседании диссертационного совета Д 114.03.02 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ПГУПС, ауд. 5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук,

доцент Б. В. РУДАКОВ

ОШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А к г у а л ь я о с т ь том и. КНР является развиващей-ся страной с огромным населением. ЯелеэнодорожшЛ транспорт и Китае Еътимет значительный объем перевоза:. В 1992 году 55£ объема пассажирских и 71% объема грузовях перевозок приходились на .тадезнодороямй транспорт. В свя&я с развитием оксисмики КНР объем перевозочной работы в последние годы постоянно повышается и гее Солее проявляется нехватка перевозочной способности келезно-дор<иного транспорта. В 1904 году валовая продукция прешменноо-ти КНР увеличилась на 17,8% по сравнению с 1903 годом, а в го гее гремя объем перевозок жмюзнодорсотего транспорта увеличился только на 42. По стагнстлчест* дангаи, ирогэзиая способность ке-ЛРзнодорогдого транспорта удовлетворила лчвъ около 607. требуемого обкма перевозок страны. Таган обргоон, вздача интенсификации работы ледеэиодеропгаго транспорта КНР является актуальной. Для этого, п первую очередь, долтна бытъ повютна перевозочная способность теп"ст>.озов, так л..... 427, •гепловосоз з оОсем локомотивном

парке КНР выполаяот 63,2% обьэма паровоза; .-адезнодорожвого транспорта.

Развитие тепловозов идет в направлении увеличения иогностн дизеля, поштгеиия его надежности и эксплуатационно.'! зкопсмичнос-тч. Поигпеннэ эффективности тепловозного диюегя к она"ителъной мэре !,'с-ут -бнть достигнуто за счет дапокапьноЛ организации технического обслу.у.пгг.'шя, сшягеиня хремзнп непроизводительных простоев, сняк-лш затрат на топливо, р*>:онт и см<мп«>-запаски» части. Зясч'пелмш часть этше задач тот Суть реяенл посредством методов гехшпеспоЛ гизгпостики, - «еодяхупах своевременно внявить и локаятоср.ать гог-иггояе непелн' .•• х?п 3 теплого.?чнх сист^мя» па рпяп?Л стадии гд развития.

Система технического диагностирования такого сложного объекта пак дизель иокэт бить построена .как многоуровневая, т.е. состоящая из отдельных локальных систем, охватываедх наиболее ьак-ше узлы. Одним из гак'/д важнейших объектов диагностирования в дизеле является система воздукоснабжения (СЮ), поскольку CEC принимает активное участие в формировании воздушного заряда, а значит, и в организации рабочего процесса дизеля. Появление различного рода неисправностей в элементах СВС ухудшает экономичность дивеля, способствует сшшгни» работоспособности увлов и ди-веля в целом.

Таким образом, разработка и исследование методов л средств диагностирования системы воздухоснабжения тепловозных дизелей является актуальной задачей для железных дорог КНР.

Цель работы: Создание диагностического обеспечения систем воздухоснабкення тепловозных днзедей на базе параметрического метода диагностирования.

Для достижения поставленной цели в работе решались следувдие задачи:

- обобщение опита в области диагностики дизелей в СНГ а в КНР, обоснование роли и места технической диагностики в ресошп проблема повшзння надекностл дизелей и в скстека их обслуживания и ремонта, а также анализ отказов, возникающих в элементах СБе и их слияния на показатели дизеля;

- выбор и разработка диагностических моделей СБС дизеля Д49 И Dijli'i Feng 4;

- выбор совокупности диагностических парачгэтроз CEC по результатам анализа диагностических. молохей с использование}: ЕС!;

- разре^отка принципов формирования диатностичгааж ыодед»м 1- г!<»;>ь«%т!'йч-?сксй диагностике элементов СВС;

- построение эталонных моделей злем«итов СВС;

- определение допускаемых и предельных отклонений диагностических показателей;

- анализ влияния технического состояния элементов СВС на показателя работи дизеля по результатам экспериментальных исследо-

ГГЛ1Г,"!.

Методика исследован и я. При решении поставленных задач теоретические исследования проводились с исполь-говапнем методов технической диагностики, теорий информации, графов, надежности, газовой динамики, теорий подобия и математической статистнют.

Я з у ч к а я и о п н з н а. На основе силолнеяшх в дяс-сарт&цви иссягдовснпй регион ¡сомллекс задач «иагаостики (.ЕС, свя-егпы« с поЕШ-зкием D'Meiw-raBDCTsî дизеля.

1. Рачрабогааа диагнсстячоская граф-модель СРС дизеля дав и Cor.q fcnqi, состазлащея оспозу диагностического обеспечения сис-гс:г! Есодугхснгйт.енпл.

г. Свродедтш соиокулпостп дкагпостзческик параметров ГОС дизел Д49 I! Ccnq fenq 4.

3. Уссаарлзиствована ггогоднка диагностирования дизеля, в основу которой полотеш рагработашше этаяоншэ подели элементов СЕС. В ютзетео обобщенных диагносгпческкх показателей яленентол СБС опрздеяеш коргяров&вяио проходные сечения Ft соотоетсгвутесту 0га:'.20.г.зптк1»х учазхюсз cr.crei.7J Ео?духоспгЛ:»зикя.

Д о с ? о в е р п о с т ь н а у ч и я х пол о к е н и й 1КГ0Д03 и рэкеггэллацкй обеспечивается достаточной глубиной теоре-т::"йскпх гсслодогап'Л, результат которых в основном подтооркла-втся зтоперкмоэтальстдиагностическим исследовглипм, а тают со-çxr'r'i-cTîîKOît гге р?зу.»т.т»таг рачрзАотеи и пледрешм волоки« реп--Г:■ услсг""к лдорог России.

Практическая- ценное г ь р а 0 о т ц. Предлагаемой в диссертационной работе метод определения диагностических параметров СВС с помощью анализа ее граф-модели дает возможность повысить контролепригодность теплозоепих систем, автоматизировать процесс диагностики тепловоза.

Методика построения диагностических эталонных моделей на принципах, разработанных в настоящей диссертации, может быть 'использована при формировании моделей других объектов, функционирование которых характеризуется процессами течения газа.

Полученныз результаты давт воеможкость сократить затрату на обслуживание и ремонт и. соответственно', повысить эЙйктивкость дизеля. Па основе выполненных исследований становится реальным решением задачи построения автоматической системы безраэборной диагностик! СВС дизеля, что имеет большую практическую ценность для железной дороги КНР.

Апробация р а б о г' и. Основные результаты сооб-цались на научно-технических конференциях с участием молодых специалистов ПГУПСа в 1С92 и 1993 гг, на заседаниях кафедры 'МГокоио-тивы и локомотивное хозяйство" в ПГУЛСе в 1305 г.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, спиам. литературы и трех приложений.

Материал диссертации изложен на /А ?. страницах основного машинописного текста. Содержит . таблиц и Л(. рисунков. Список исполь юваиной литература вкгпочает "1РЛ наименований.

- 4 -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность и перспективность проведенных разработок и исследований для КНР и кратко излагаются основные положения диссертационной работы.

В первой главе произведен анализ бывшего советского и зарубежного опита в области диагностики локомотивов, раскрывается роль и место технической диагностики в решении проблемы повышения надекности и эффективности локомотивов, рассматривается характерные неисправности, ьозникаэдие в элементах СВС в процессе эксплуатации дизеля, произведен анализ интенсивности от-¡азоз элементов СВС тепловозов железной дороги КИР, проанализировано их влияние на показатели работы всего двигателя. На этой основе сформулирована задача исследования.

Надежность и экономичность тепловозного дизеля п эксплуатации в значительней степени зависит от )сачесгЕа функционирования элементов СВС.

По данным обследования' техничесютго состояния узлов и деталей тепловозов 2ТЭ1СМ локомотивного депо Узловая Московской железной дороги установлено, что более 302 всех порч и неплановых ремонтов по дизелю и 28,8% отказов, устраняешх на технических обслукиваикях'ТО-3 и текущих ремонтах ТР-1, приходится на систему Еоздухоснаблекия. При этом 592 порч и неплановых ремонтов СВС составляют дефекты турбокомпрессора ТК-34.

Б Китае ситуация аналогичная. По.данккм периодической печати количество порч и неплановых ремонтов тепловозов по отказам системы воздухосиаЗхеикя составило 2Ь% от общего количества неплано-внх ремонтов по дизелям ND5. Анализ порч дизелей но неисправностям элементов СВС за 1038-1893 гг. сиит^лмтву^т о том, что уровень вахода их из строя остается ид»? достаточно ы".ч.чтч.

. К освовгш вейспрзнноетзи СВС шкно йчагсти: гггрягншю фяльтра, реэрусонкв подкипнктв ротора тк, пояек ГК, треедш га-зопрпеиного и выхлопного корпуса, загрязнение воздухоохладителя и т.д.

Исследование показывает, что в табсм случае из-за накопления неисправностей в элементах СВС параметры воздугагаго заряда в цилиндрах дизеля ухудиаэтся. Уменьшается коойкциеиг избытка воздуха, что снижает надежность и экономичность дизеля.

Теоретическим осногач разработки методов и средств технического контроля и диагностировался посЕЯцеш работа A.B., иозгалевс-кого. Я.Я. Осксз, П.П. Пархоменко, Е.С. Согсыокнпа. Б.В. Павлова. Результаты работ указанных авторов использовались для обоснования выбора диагностических неделей теплоюзтгх -систем к im анализа.

Репение задач технической диагностики применительно к проблеме поЕьиеняя 'надежности локомотивов и созерсенсгвования системы ТОР разработано в трудах И.А. Исаева, В.А. Чэтвергова, Е.С. Павловича, Э.Д. Тартаковского,- В.В. Стрек.огагтоьа, A.A. Ч^рНЕКОва, 3.3. Rsj::'-. ХА. Пзхстаа и др.•

Обобвдгыю решения Ссдвиого круга проблем технической диагностики хогсдотвов «».разработки диагностического обеспечения до оценки качества Функцгакхрозалгл содэрзатсн- с работах И.Ф. Пуска-рева, A.U. Батодкяа, Л.л. Ергучеза.и др.

В результата анализа причин возникновения отказов в слеиок-тах CEC установлено, что unarm ко этих отказов. ь основном, связаны с нягкгм уробнеь« гантрокепригодиости и отсутствием исобходк-tiK средств диагностика и -зацпты. ■

В связи с вшшзлсвкенвым в диссертационной работе • бшп; намечены сладусда» осковшо иаяргвления у;сследовс>;пй:

- создание дкгогяосттгческого-обеспечения CEC дизеля;

- рг.зр?,0отка парк-:£'гр>Тчес!иго метода диагкосткрошга азе-цзигов и ot5»KK!i э^х-кг.апостл' дизеле.

-С -

п о в 7 о р о it ? д а в в рассматривался тзорзтичёскко вопроси, связанные с. разработкой диагностических иоле лей СВС тепловозного 'дизеля. Произведен аиавиз.суиествугази методов построения диагностических моделей (ДМ) и условий их прикекенкя. Установлено, что в зависимости от имеющейся- исходной информации и степени слагаости об-ьекТов диагностирования (ОД)- их ДМ могут быть представденм в виде: -

- уравнений типовых звеньев сжтеи автоматического регулирования; ... - :

- систем алгебраических им дкффереяцкальккх уравнений и логических ксдмея.

В работе приведена обоОй-еяная классификация ЕМ и построена топологическая модель га.' дизеля.

Диагностически"' модели в виде аналитически завксжостей применяются да разлстч-гх уровнях исследования ОД и оценки их технического состояния. Аналитические модели. представляет собой различные фуннздадаакнме уравнения, опдсывакзр?* процесс преобразования входных величин в ваходкыа. В обт,ем виде этот процесс ьшет быть ош-гсан з,?.в:*с:п,:зс7 ыз: . ....

2 - А X.. (1)

где ?. и X - OOOTI етс tt¡ е к но выходная и входная величии«.

Л - оператор преобразования. _ . .. ■':...

Ь'озникнэяешге д-^етов пригозст. к . ишененко параметра ЛХ, что спг.розог'дадтеа и'^/^н^кнем оператора Ад ¡г выхода áZ.

.. Следоваг'Уьнп, прл определенно« X до .яздаконка выхода 2 техно обнаружить «лзг/клнд'лй д^рг. . Тлк;*е 7?Л прккеняатся для диаг-костгрояанил ОД л яер.::!одкы', и установиЕг.м^чсл режимах.

to Д!*лгг.остгропа:!/.я oto?icroa. глгсзтз»' блочку» структуру, применяют лог;г-:'1-с:<::ч '.-.одели, натоу*« 'представляйся хайззшй ÍT/НКЦИЙ Н.»га?ГЛ1ЬХСТе!1 (tíh), ?лу-:гц»>й вид КЗЭДраТЕСЙ t!?.TpV25í*.

Ш1 »'s RiJ !1; i.d-1.2.....ri (2)

S;,ecL логическая переменная Rn определяется из анализа состояния ОД в предположении возникновения в нем одиночных дефг.чтов.

/ 1, если для состояния блока CU выход Zs-l Rii - \

v 0, то Ks при 2j=0 где 1 - число строк ТСН;

J - число столбцов ТФН. Тагам образом, ТФН является моделью одиночных дефектов, приводящих к отказам объекта. ■

Отображение ОД графами в пространстве параметров и состояний в последнее время разрабатшштся наиболее интенсивно. Граф-шд ель дает возможность учитывать топологические особенности структуры ОЛ к связи его с внешней средой, а теоретика-графовые методы их анализа отличаются алгоритма;-«!» сравнительно легко реализуемыми ¡¡а ЗВМ. Топологические «одели пршеиявтся для описания объектов с неблочной структурой. При построении граф-иодели CEC в качестве вершин графа приняты параметры СБС, а в качестве дуг-прямые связи между нкли. Причем раскрывается но только виеи-кие связи, к которым относится входные (Xj) и выходные (У.;) параметры, но и внутренняя структура СВС. Кнокество внутренних параметров было представлено рядом подмножеств, включающих ь себя параметры процесса функционирования (П), вспомогательные параметры (В), собственные параметры (С) и дефекты (Д). На основе анализа физических процессов, протекающих в двигателе, выявлен механизм возникновения и признаки проявления всех основных его дефектов. Построение граф-модели производилось но отдельным инскествач параметров в следующей порядке: П-У-Х-В-С-Д. Вершины соединялись дугами-стрелами согласно функционирования в направлении от причины к следствию.

В рсалыак процессах ОД причшго-слсяствепизя сяягъ м-»*ду откяопеннямн параметров » дефекта® ыохет Сыть сложной. Некоторые дефекты, являясь следствием отклонения одт« параметров, могут rtступать в качество причины отклонения других параметров, посредством ¡которых проявляется изменение собственных параметров ОД. В гпязи с этим структура греф-модели зависят от вида решаемых ез-дяч диагноста!"!. При реиенги аадачя проверки рабогослособ.юсга ОД десекти долязш накладываться на граф-модель в виде тупиковых (сто;;орш() верпш, а при поиске дефектов - в г яде киочешх (псто-г.эгых). D работе приведена топологическая модель СРС.

В т р е т ь е fi глав о гасомагрквлятся теоретические сспросл», свяганшлэ с глалисса даагтсппчазпс моделей и выбором диагностических параметров, готорме долган удовлетворять ряду ос-VQ- ..-к трэбовгшз!, виракаекнх ко.и:чэстле::«:»!м!1 хпрг.'стеристигами: -jvtîctkhtcrjïiioctlw, олновначностьо, восдосшэподю:остью, сток"остыя сатпог на игмэреипе. Процесс выбора Д(1 состоят из двух процедур: упгряяочс-кзя множества параметров тэхничзского сэстояшт ОД, кредсгаггопинх в его и сцбрра из отого едкккства параметров сош?/ш;осгя оцсипваий'х Ж

В раЗот-э упорядочение и Енбор ДП спогош воздухоснаатониа дизох! К9 и Dons Fenr Л cunmncmi га результатам ачаяика тсполо-г-.т.осксл модели, разработанной з зредыдуг^й главе.

Пол уторядсчовии пли ранкфовтя Ш используется определенного от критерий упорядочения. Вводя для Д!.1 отношение порядка (ранг ЛИ) R(Zi), упорядочение ДП производится таким образом, что-сседаюсь условие:

R(2j) > R(2j), 1 > J Л"я аиачпг?. гр?ф-модель СВС представляется в виде коягттиа-?:сл пзруальпой Сормы (КНФ) :

FCXi.Xs.....Xn) = Acul/Kj), (3)

гдз X - Eepc;;:;a rpaja, .

1=1,г.....n - комар i-ой зерпеты

j - коыер EepainrJ, в которую сходят дуг»; от i-c.i вергилиы (сзвасит от струшуры гаязей rpsU.).

При агоа в работе иссользозаи алгоритм нзхсадекйя каих-ли-го вкошяеустойчнвого подмнссхства (КЗУП), ссновакшй на ьетс;;::ко упорядочения Д1 по сводному покагатеяа зйоеткЕкосги параметр.-.;,

L = Subi IEt (-0

гдо Sr - оценил ДБ, характериздздзя структуру связей верккн rps-Ja; bt - одета ДП. характеризуйся доступность ш отиосйтелзнуп

эффективность кгьх-рекул ДП; lai - относительное количество ш^ариэды, содерг.г;1е-зсг; s параметре.

С келью автоматизации выЗора Ш в раЗоте представлен ратм, накатив/а данными для осуц?сгвлеккя этой программ йЕ-йгэт-ся: математической отаттв гр&р-кодвля в соде И12, относ;ггел-;:,^ показателя доступность параметров шщкия к {с&зштшшоох;: дуг гра->-модели.

Далее определяйте;: прямоугольна"! сокразяггзд иатрпг;1. ci кости грау-модели СБС. D = Cdans3, удовлетворена".

Vs 5,. (cisn - 0) i.::.;

где V - щ-'гктор сЗзяосгл;

3 - KES3ÎCP CyiC'CTSOiÄnK.

Сптю&эд'оэ ПЗУП яри этой Суда? состолть ~ воракн с u.:ib-енкн п^адкэгл'З пргл::,! я - n - s.

С пзмес.л этой программ C.zo lumens tlïVIi г; ¿.'-моде,:.; С в которое i-jjiü сх.сду.;иуе пародтры: лавлэкга и ч«;дп-;-рагура ">;-;v . ерэдн п-.-род v/j._brr;ca, илл^улв к те^г-р.^^^л сосду;;; Влгдэ в R>..r:p-r.v£>p, давление ;; т«,ш?ра:ура югглли sa

Г er, д'злен::? и температура наддура, температуря схла,клашлй года ¡;:i т.хрда и высоту» >;оплухоо;<л?л:ст';ля, дгтлеике ti температура газа па и вкхоче ил турйш, частота гр^-аения коленчатого ляда

явг.'зтедя я ротора гк, рязсовкй расход гоздуха я массовый расход тог:' через воздухоохладитель.

чет т? р п то v. г л р. ? g расо/отроцн вопросы пос-тро;: л;:я катематдаеских моделей, и^уч^ыг особенности дкагностич^с-}~::< моделей в дкчпюстккр,разработана исходная

гт-чупюп для ¡:ору:'рг1'ан!!Я дга"«^?гллсчг,;'1 »'од^.те РЯС и полупим гсг-чсшиэ дкягнгсушесте мод'1,":: «vwim» i.Tfî.

J'-зестпо, что трудоемкость гострое¡гин со";о.".н н обьен вычта-оперт'ví¡ з "иггеггельчой перо ст^'о;:? от колэтсстза он-::-!:ог-:ай ик^еркага сб сСкгхе. £;епно nav.r-rao т«кг.й клформзлпгл п :т;г<; о^'лст форг^рстат;. сбсб^еша,"? пзре.-ген:к-те. соотамолшлэ по оп-^•пегеш-уя ссяаяч прост.": н->ро"эзик (те'/сряо'а&ч ппр^-етгоз). П пог-.у.-ьтглз у::с'"1,с^згсл ч'г:::о :;орс:п угроггетеп ссдгч г/ог,-

'■}'......я. Ялз усг7ай::ого nnrv^snnn MSTO-Л. с5о5г;эн:~-х пзгзг.-егптих

"чедг: •"> г?,с;?';;троть rror.-vccu,. яропег.одг.тпте в СГС дгз-^Лл п г~я-г::«. нанСЬлсо г-— пз

Сгруктурцо стетсма Есгдухосгпабгсотпгя предстгч?ляет собой 13-т.~гг' i:oc.--:ç:c'în7e^T,?:o со-^згпсют: зяскэктев л ссстэсе ссздутгого í*:*''í'i'cnipc'jc'í-'cro мсжсзссора, г.оздрссояж«;п;охя, грзто*\"'сЛ •"гп гг'^я, и-'-пенгоз (трубопровод,

. Сдч"1; из' с-зим^х , фушгдгогг^-

СЮ п его огсжтгсси ¡пр-ду. с гсс'?стр;!',"-схоЛ 1:елост;;ос7мэ cvr.v. пгляг-точ ;;?;:;:'<; раСстто тела. В ¡¡сходном

состоит! сг.счстсз трегр, впрг.'ятрм потел нгм№;;;г;сл в резуль-

-• г""7:,:г,г'""Л'.т,9 с:а п трг.:'г тз ссотейтспкг! с ppjra-

- подвода и производстпа внесшей работа;

- изменение внеинкх условий. .

В качестве исходной предпосылки для форцгроваккя моделей реальная С5С дизеля рассмаяриъаотся как эквивалентная гасед&здк-ческая система с участка*!»!, соответствующими кавдску зл-эненту СВС. где имеют, место лш> указании явления, причем массовый расход рабочего тела через все участки принимается идентичным (для установившегося режима работи двигателя).

Тогда, из уравнения неразрывности инее;.!:

бсиг - Р|А1 (б)

гдв Ба)Г - массовый расход воздуха.

- площадь поперечного сечения каждого Ьтого зкзива-лзнтного участка;

А| - потек массы рабочего тела через какдый участок.

Для лобого участка гжъпагжнгпой системы (кроыэ цилиндра дизеля) таю записать уравнение ДБЖленгя в обозленных переменных (критериях подобия) кг. условия гидромеханического подобия:

Еш - К(Ро1)"г' (7)

где Ещ, 1?е1 - критерии Эйлера к Рейнольдса но осреднением параметрам рабочего тела на 1-тои участке; К, в - постоянные.

Раскрывая критерия подобия и решая (7) относительно потока массы после преобразования:, получаем:

(РГ-Р|)т

(Та+Т2)т1

где Pi.P2.Ti,Те - осреднении? значения абсолютных дазлений к температур на входе и выходе участка;

К!,11,и,,п1 - тюстоянкне.

Активш» элементы, б которых процессы течения сопровоядаятся подводом и отгодом внешней работы, в-эквивалентной системе представлены кач участки с перемелшз'п проходпьш сечениям!, изменение которых мохно знразить через шшлсгет, подучепжю из урззпеша первого закона термодинамики для потока.

В пассивных .элементах, в которых процессы течения рабочего тела не сопровождается подводок и отводом внешней работы к для исходного состояния поперечное сечение участка неизменно поэтому в формуле (8) включается в константу К-;. Креме того, при малом влиянии изменения - коэффициента динамической вязкости рабочего тела, входящего в !?й, п^т, что можно установить экспериментально.

Для воздушного фильтра модель (8) принимает вид: / Ра-Ра

Лэ = к«, I - I / (Я)

х Та >

где Ра,Та -' давление- и температура 01фу.?.£с!дей среды;

Ра - давление воздуха са фильтром.

После решения систем уравнений эталонная модель для фильтра имеет вид:

. р2 р'' 0,51615

А0 = 0,00253 ! ;- |

у Та '

По описанной методике получены этолоякие модели остальных элементов СВС дизеля.

Компрессор в эквивалентной системе рассматривается глк идеальный компрессор, ешмээдий воздух без потерь до давления

, Ть

Р;-. - Ра I — I ,

ч т. I

. p, v CK-')/к i *Ч, 1

"i- •-= í — !

x Pa '

Ть - температура ьоздуха га компрессором; к - показатель кзоактропн.

Прика-зется, что ice потер:-: реального компрессора ¡:.¡c:o? ¡кото б "лросселе", установленном сразу sa кдъалькыи компрессором. Лри дросселировании Ть » const, a ¿авдеидо снягдотся до гглчзвпя FV (дззлепи-э саатия sa роаш:ы.г компрессором). Все параметры п?и-"сдятсп у. условиям m гходе компрессора, к г, результате для ст/.-ct-иш процесса 'теч-аи;;:: через зкютглеятой: учсггск (дросозк ), п-ремонное сечение которого ыфака?тся из угзг пенил энергии, исходная исдж (8) прзн'лч&зг си;;:

Ptí г/ i J¡;r Gmr là nr.'.kr <F¿-r&/pJ mk » к;. |j-! -il i---i i -- i (10}.

FTu j 4 (Ть-Т^)Гь2-1 1 7k/Td J '

г Рь > №-l)/ii

где "ад " ". i — I - кпнрг:тура иг:--к;?о.*шэго oaia. 4 Pd J

Пэсшлмф псдоднш газссптссгя (V) к (О у;п:герса~ъим и кг;,-го,г;:У р." я списания раетин« случаен гечеьчи (:• ггл,;:;м cStükü.:::;í, точен:» гнутри каналг» теч-лик с раглячисл,ct туром;:с::гпсо-

та, при каллчии теплооомока п т.д.), . то ка кх основе С:.:гь гостро&ла и юделъ ш/пульспоп турбину, югоргл с гкЕиь^тенг'ЮЛ система œ: учзегек с ре^пегл;- : едза ¡а

•rtrcpvc гс-иет Lpji-ATO-jroi 1т,7У0ч:ы, оп^З'Д. обрагш

IJ07C«. Sror Ií'sícjod у®гп.,г.:--2гся D 'виде Cví:;:l¡'беграктрксго

"сгсгл" ' ¡аазп-тг-.д'юпарпг; сжросте;';. Псскас'™.'

турбина является активным зяо!.:с-нто~', то ¡юглтенне сечет« эквивалентного участка представлено в функцаи указанного фактора.

С учетом шодскагздиого кэдэль (8) для турбины принимает в:*д:

, .^Ц СРА -

<4 = кь I-! х--(Ш

4 гни' (Т<П + Т~г)пс где Нъ - Р8спал2гсв!.кй тзплхкрваад в турйпке по статическим параие срам;

п^ - частота враденкя ротсра ТК; р£г1.~с1- срэдн::-з давление н температура газа перед тусОиисй; ?г2.Та-г- средние давление и температура за турбиной.

Значение Т6-> мелет быть рассчитало из ураавенля баланса ь»сг--:-:осте:'1 турбины :: ксчгрэссора. что снижает чувствительность недели к погрешностям иэ:.'ср у.'.у.л и дв:г<оля®7 с£о;:т::сь кепьЕИ числсм измерительна

Модель дхл оценки состояния комплекса кшапянл зле.чентсз (трубопровод, глушитель и т.д.), окагьшаадпх влшке на сомоотп:;-лениэ выхлопа дкзелд, такхз построена на основе Формулы (а>. леи это;,;, т.к. темперятура газа ка срезе выхдэзвего труйопрезода нгмерчется, ее сцекка лрсиввозгкса »их среднее аргЯметачеааз температур;: 7-¿г тем.лсратури окрукасяз:! среди Га. Модель

(Р<?2 *

(Гга + (ТгС+Та>/2

В свясп с ссс.ч'ндоотяот рабочего проц-зсса а галсссг.;.; лл для Оорм^рсг;:^:: сссСсэввьг: де-сз'гэндкд модели еял разр^аеза :

ОСОСКЙ ПОДХОД. ¿¿¿*Х<аВМ ДЗ'Э 03;.С5?.Уч уУТ;.«ЕП! ДЕЗРДЛ -СТ.' ЧС'Лл!:" 1 сзс:

1) лорапеьад ^¿егь рассматриваете.; рядогс^ пзсточ^г>.

цемент (8кв!шаш1тшй цкдшщр, пс-ракачшаациД рабочее тело), техническое состояние которого определяется его пропускной способностью;

2) поршневая часть представляет собой генератор газа (эквивалентная камера сгорания) и, выполняя функции источника энергии для -турбина (обеспечивая вргадекив ТК), является элементом, определяющим расход рабочего тела в СВС.

Из уравнения расхода через эквивалентный .цилиндр, выражая коэффициенты наполнения и продувки в функции отношения Pint/Pci и частоты ьрацеиия вала дпоеля п. получена оОоСшекнгя зависимость: ' I Pint \ Mi---In. — ! v P,n /

где Mi - число tiaxa по средни« яарг.чотргм поте ¡га на входе в эквивалентный вилшадр;

Pint- даыониэ каддувочаого ьогдука после воздухоохладителя.

В результате аппроксимации гдльои зависимости поток масса черев эквивалент^ щштдр (дли оценки пропускной способности дизеля) св!>«т,о лотса по ъдцеяк:

s'il.t г Pint / Pint \2 т

Д^, .....— ' | ¿-Г) 4* cl^fl -f CI2 ------- +• Дз1 ■ ■ I I (13)

L Pl-1 ^ Pel > J

где ао.аьао.аэ - коз4ф:ц:;енги.

Tint- температура наддувочного воздуха послз Еоздухоохлгдптелз.

Очзввдш) что для . исправного двигатели (в том числе и СВС) существует опренелзгаое соотнсжглз иеяву величинами расхода вовдуха и энергии (средам.по дизелю) выпуааш газов, посредством пепольсозшшя потороЛ в ТК этот расход обеспзчгааэтся. При вог-вш.'эвен:ш неисправностей г элементах СВС. с-кадаваих ешкеение га>&Ф5ац»:зкта избытка воздуха происходит изменение вжеукагап-

ного соотношения, и по величине этого изменения когло. сулить о влиянии возникшей совокупности неисправностей на работу двигателя в целом, т.о. о "тяжести"; возникли? отказов. Здесь дизель рассматривается как эквивалентная камера сгорания, кз которой происходит истечение рабочего тела до параметров газа перед турбиной с расходом, равным расходу воздуха. ■ Этот процесс в обобщенных переменных может быть описан зависимостью:

V Pint Tri In Л

Ma — И П. -. — |

v- Pel Tint Tel > где Mo - число Маха по осреднанньм параметрам перед турбиной;

In - удельная работа, совершаемая порзнеи за период выпуска.

Полученная зависимость с зхподзезашем уравнения энергии аппроксимируется уравнением регрессии, после преобразования гако-рого модель для вычисления осредяевного значения пототса кассы на выходе эквивалентной камеры сгорания принимает вид:

Pgi г /PintT^0'34 . TintPrt 1 I0,5

|ai!-1 п+а<2П+ (аз+а^п)-Kas+aon)-— ! (Ш

vPfriTir,t/ . T^iPint • Tei J

где ai,a2,a3,ai.?-5,aö - коэффициента.

Решение данного уравнения регрессии производилось методом наименьших квадратов с использованием исходного ыасстаа данных.

Разработанные диагностические модели позволяют рассматривать процесс диагностирования ка!с процесс производства косвенных измерений обобщенных нормированных структурных параметров каждого i-ro элемента по формуле-:

^air "Fi = —-As

- 17 -

Постановка диагноза возможна при лвсых сочетаниях неисправностей и на различных режимах работы двигателя. Уменьшение более чек на допустимое отклонение Лщоп свидетельствует о появлении неисправности в 1-том элементе.

Назначение допустимых отклонений Л^доп. при определении "выскакивающих" значений наблюдаемого параметра Г1! производилось методами статистических решений с использованием табличных значений критерия студента.

Предельные отклонения Й1пред (свидетелъствуюЕие о предельном состоянии объекта) назначались из условий влияния возникших неисправностей на работу всего двигателя. В качестве предельных отклонений выбирались такие, при которых изменение Гэ составляло 15%, т.к. Сыло установлено, что при появлении неисправностей изменение ?э отражает относительное изменение л, отклонение которого (из-за недостатка воздуха), по результатам исследований про£. 3. А. Хандова и др. более чем на 92 недопустимо. При зто:.г неисп-равносги должны Сыть устранена яр;; первой возможности.

В пятой главе рассматриваются зкелеркызкталькыэ вопросы, связанные с анализом измерительных преобразователей диагностических параметров, определением их песта нзыерекил. Исследования проводились в Щ!ИЩ к в депо с г.о^о^ыо стационарного диагностического комплекса (СДК) тепловозов.

Измерительные преобразователи (ИП) относятся к числу основных узлов, влияющих на надежность и качество работы систем диагностированы, к измеритедышм преобра&озателкм (датчик) обычно предъявляются обшз требования, вквмчгэдие в себя та!а:е податели как чувствительность, надеглость и т.д.

Для датчиков, предназначенных длл СЛК, эти обс-га требования необходимо дополнить оообымя требованиями, связаикими со сг.е^и-ч-лккми условиями эксплуатации. Этики дополнительней требогаккя-

кл являются: шссная механическая прочность, устойчивость к вибрациям, удобство ¡тонтага, жаростойкость.

Основной.подход к проблеме ксшролепрпгсдиости тепловозных дизелей для создания стационарного диагностического комплекса состоит в то«, . чтобы исследовав конструкция тепловозного дизеля, его-узлов и агрегатов, подле-лапой диагностическому контролю, элементов сопртання с системами тепловоза, определить такие места и точки контроля диагностических параметров, которые при одновременной доступности для быстрого контама - денонтатл КП и стыковочных с Ш узлов, при проведении операций диагностирования вз реостатпо:! станции тепловозного депо не привели бы к значительном нз:'е1тпан в конструкции этих дизелей. С целью определения указанных мост установки и способов юнтача Ш на объекте диагностирования б:гл проведен, анализ конструкции тепловозных дизелей Д49 тепловезез 2ГЭ116 в локгалшншом депо СПб-Витебское.

йзлериментальние исследования с реальными неисправностями в элементах СВС проводились с помощью СДК. Результата эксперимента приведена в таблице 1.. Установлено, что кач при единичных неисправностях, так и для их сочетаний, отклонение обобщенного структурного параметра Рэ более, чей на 3% свидетельствует об ухудшении показателей раОоти всего двигателя, а отклонение солее, чей на 102 - о необходимости нешдлегаюго устрачещш вознпкпих яексправаостей, т.к. двигатель работает с перегрузкой.

На основе построению: эталонных моделей элементов СВС рассматривается подход к оценке изменения показателей экономичности днгэля в завкжияоети от отклонений диагностических признаков а»е-'•ентов СВС.

Получеун завгскчостк в виде:' Чг » Г (Чпот)

Чпип - Г (Oi.Bi.rj) ШО

- В -

ТАБЛИЦА 1

Экспериментальная оценка диагностических показателей элементов СВС при различных технических состояния.. (ГС) воздушных фильтров

И ЭЛЕМЕНТОВ ВЫХЛОПА

ПК Озъгктм АНАГНОСТИРСгММ и ДОПУСТИМЫЕ ЗНАЧЕНИИ Гг. лол. состояние элементов СВС

система СБС фильтр ПРВТОЧШ* нчгь дизеля миг гкз. цил;!цдм компрессор турбина выхлопной трубопровод

Гдсл-0,37 R-.cn = 0,5? Глоп .= 0,97 рдоп.-0,0в

и 1,020 0,387 0)956 0,989 1,0064 1,021 исходное ТС

13 1,015 0,399 1,005 1,014 0,9976 1,013 «рильгр ЗАКРЫТ на 37,5%

15 ом б 0,705 1,003 0,9916 0,952 1,035 «рильтр закрыт на 75 %

11 0,9033 0,691 0,937 0,985 0,973 0,49 фильтр и йьшоп закрыт на 75"/а

9 0.9093 0,992? 1,0034 '0,9846 1,0316 0,514 выхлоп ЗАКРЫТ на 75 %

5 0,910 1,025 0,9В7 1,001 0,963 0 ,¿26 выхлоп закрыт на 50%

где Чг ■ удельная работа (энергия), отводимся с уходящими газами;

■Тлч.1 - удельная укачанная работа цикла;

Р1 - удельная работа (чН»ргкя), яатрачираешчя на определение потерь в 1-том элементе;

В1 - коэффициент влияния ТС Ьтого элемента.

Из уравнения теплового баланса двигателя, рассматривая для конкретного рекнкз работы составляйте потерь (кроме Ог) и код-ность неизменными после деления правой и левой частей на расход воздуха, можно получить связь:

1/а » Г ( Чг ) (16)

Как' известно-из'теории ДВС, а является одним из основных показателей организации рабочего процесса дизеля определяющим зависимость

па - С М

или

По - Г (1/ос) (17)

где пв -эффективный КПД работы двигателя.

Следует отметить, что аналитический вывод зависимостей (15)* (16) достаточно затруднителен, однако эти зависимости могут Сеть построены эмпирическим путем для каядого конкретного дизеля на фиксированных решках его работы при искусственном варьировании значений с* посредством увеличения гидравлических сопротивлений (имитаций) неисправностей в любом из контролируемых элементов СВС. При зтсм различный вклад потерь энергии, . имеющих место в каждом отдельном проточном элементе в обцуи величину потерь цикла будет автоматически учитываться соответствующими коэффициентами влияния Й!.

Такта образом, для какдого контролируемого элемента СВС может бить определено отклонение текувдх значений структурных признаков от исходного значения, равного 1, т.о. по (1?1 - ДР, « Р1-1

Прослеживая цепочку функции (15), (16), (17), колено получить новые значения а, соответствующие текущему ТС сбъетов на рассматриваемом реяиме, таким образом для флксированзюго значения модности дизеля шг-шо получить нам текущую оценку расхода топлива В и его роста в зависимости от изменения ТС каждого из элементов СВС при возникновении в них как единичных, гак и любых комбинационных неисправностей.

Подобные эксперименты проводили в ЩЩИ на стенде с дизелем 6ЧН12/14. Установлено, что по мере ухудшения состояния элементов СВС, эффективный .КГЩ дизеля снижается. Аналогичный вывод кохет бить предложен и для других типов дизелей. В конечном итоге за счет своевременного обнаружения и устранения дефектов элементов СВС можно снизить эксплуатационные затраги на расход топлива, повисеть э&^кгнвность тепловоза. »

ЗАКЛШЕНЯЕ

Лисссрг: '.инея работа содержит нктяекг • теоретичзегаи и экспериментальных исследований, реэультати которых составляют научно-метоимеские основ:-! направления повькенкя эксплуатационной з|4.окт1шнос1П тепловозов - иэлезныи дорог К11Р за счет применения методов и средств диагностирования системы воздухоснайгакга дизеля.

1. На основа анаиха статистических данных по отказа.« тепю-БССОВ ХеЛООИНХ дорог Рссспя И I3ÏP установлено, что ОКОЛО 30% отказов тепловозов по дЛгеояо приходится «а снетс-мн ззоздухоскабже-

пил. Продотврсдэкиз значительной доли ог.ях отказов, а значит, и noBKremw гф$екгшюсти тепловозов кодшео г- счет при^йуплп метода;, ц с^йдсгв диагностики.

2. На основе аналитического оОзора литературных источников обобщена классификация диагностических моделей и определены условия их применения к тепловозным системам. В работе создана топологическая модель СВС дизеля, на базе которой решена задача выбора диагностических параметров элементов СВС.

3. Уточнены критерии упорядочения и выбора диагностических параметров, усовершенствована методика выбора диагностических параметров по результатам анализа топологической Ш системы воэду-хоснабхения, основой которой являются разработашша алгоритмы и программы, реализуемые на ПЭВМ.

4. Усовершенствована методика диагностирования СВС, основой которой является построение многофакгоршх математических моделей элементов СВС с помощью метода обобщенных переменных.

5. Разработанный подход дает возможность построить эталонные модели с малкм числом независимых переменных, доступных для измерения (для пассивных элементов 1-2 переменных, активных - 3-4 переменных, для пориневой части - б переменных). Для оценки состояния элементов и всей СВС ъ полок предложено использовать обобщенный показатель гч - ?квигагея?ш» структурный параметр, определяющий проходное сечение участка.' ,

6. Установлены условия работоспособности элементов СВС в виде соотношения 1-&иоп<р1С1-+йГ1доп и признаки дефектов в виде соотнесения 1-Рз > Дгдоп- При классе точности средств измерения 1,0 и доверительной вероятности обнаружения дефекта Р«0,93, допустимые отклонения Д1ДОп долгим быть для элементов воздушного тракта не более 52, для элементов газового тракта не более 4й. Предельное отклонение обобщенного показателя Рэ но должны превышать 10Х.

?. Экспериментальные исследования СВС дизеля Д49 с реальными дефектами подтгерядаот вывод о возможности и аелесооЗрэзностн использования обобщенного структурного пригиака Г1 в качестве о5об-

ценного диагностического показателя. Установлено, что прл работе дизеля на И позиции и снижении проходного сечения фильтра и вих-лопных элементов на 75Z, обобщенный структурный показатель всей СВС снижается с 1,05 до 0,6038, что свидетельствует о нарушении условия работоспособности системы и необходи/ости устранения дефектов.

8. Теоретическим анализом установлены зависимости показателей экономичности дизеля тепловозов от . отклонений обобщенного структурного признака Fi, позволяющие оценить влияние изменения технического состояния CEC на эффективность работа дизеля. Экспериментальное подтверждение этого вивода на дизело 6ЧН 12/24 делает еозисшшм распространить его и на другие типы тепловозник ди-велей.

Основные положения диссертации опублкглааш в следующих работах:

1. Хуан Дгякьминь Диагностирование вспомогательного оборудования тепловозов. Тезисы доклада 53-й научно-технической kcni>e-ренции с yv—ji'-eM молодых ученых и специалистов. - С.Петербург, ПГУПС.- 18Q3. - 11с.

2. Хуан Цзяньминь Диагностирование системы Боздухоснабженгл тепловозного дизеля. Тезисы доклада Е54-Й научно-технической конференции с участием молодых ученых и специалистов. - С.Петербург, ПГУПС.- 1994. - lie.

Г.;яп|!сш1э к п:чыи .ЗХ.ОЗ.»— Sir. Фсркаг 60x84 1/16 ;.,«зга дли 1.|!оя:<т. |*.пп. Неч-пть с*сетшл. Уст,, п. п. 1,5 100 экз. 3-jus И ЗА/

7:ч.ю;;с-., lsoaai. Cum-foicssypr. 1-'осйс;с.ч;.-1 пр. , 9

- РА -