автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Диагностирование цилиндропоршневой группы судового дизеля

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На крана:; рукописи

СУПОНЯ, Сергей Анатольевич

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ДИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ

Спадиалыюсть 05.08.05.

Судовые энергетические установки в их элементы (глгшгша ц пепомогателыше)

АВТОРЕФЕРАТ дасссртадип Ей соискание учзаой степени ющдидата технических паук

Владивосток - 195)4 год

Работа выполнена в Дальневосточной государственной морской академии имени адмирала Г.й. Неясльского.

Научный руководитель: заслуженный деятель пауки ц техники РФ,

доктор технических паук, профессор Г.Д. Еача

Официальные оппонепты: заслуженный деятель науки п техники РФ,

доктор технических паук, профессор В.Н. Слесярепко

-•«¡пдддпт технических наук, доцент В.И.Руднев

Ведущая организация - Дальневосточный цаучио-псслсдовательский,

прооктао-нзнк:атольс::кй и коиструкторско-Тбхполоппеишй институт морского флота

Защита состоится " /5 " ¿ра^а^Ья 1004 г. о , {0_ часов ва заседании Спецяалнзирощшаого Совета Д.004.01.01 при Дальневосточном государственном техническом уаивврситете по адресу: 090000, г.Владивосток, ГСП, ул. Пушкинская, 10» ДВГТУ.

С диссертацией мо.чую ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослав " " 1694 г. .

Отзыв ва автореферат, засередный печатью учреждения, пррсим выслать в адрес слецмпллаировгшаого совета при ДВГТУ.

Учеаый секретарь специализированного совета,

к. т. н., доцент ( U.M. Чибиряк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тепы. Повышение вффэктивпости эксплуатации судовых двигателей внутреннего сгорания - важная народнохозяйственная задача. Перспективным методом ее рэшепня является оптимизация их технического оболу;г:ивакпя и ремонта. , Реализация такого метода предполагает коррективе и своевременной определение реального технического состояния ДВС максимально простыми и дешевыми средствами. Повышение достоверности диагноза есть .' оиредляющий фактор совершенствовании процесса управления технической эксплуатацией судовых двигателей.

Непрерывный рос? уровни форсирования новых дизелей и расширение использования тяжелых топлив обусловили тенденцию к понижению надежйостн наиболее важных деталей в углов ДВС. Оообое внимание уделяется надежности чилиндропоршиевой группы (ЦПГ). Статистический анализ надежности современных отечественных н зарубежных ДВС показывает, что ресурс втулки'щишвдра составляет 30...40, головки поршня - 20...30, крышки - 35...45 тыс. ч. Возросло число внезапных, быстро развивающихся отказов, прогнозировать которые без специальной аппаратуры невозможно. За воследиае десятилетне, фактический ресурс деталей ЦПГ уменьшился в 1,6 раза, что'-привело к повышению стоимости эксплуатации и трудоошсости обслуживания судовых ДВС.

Таким образом, разработке аффективных методов определения реального технического Состояния ЦПГ дигелей яалязтся актуальной еадачей современного этапа зкеплуатацин СДЭУ н дкзелестроаикя. Отечественный флот фактически не пмеат достаточно надежных и дешевых спс ем и приборов техЕцчсской диагностики, что усиливает важность поиска путей решения задачи длагностировалия технического состояния судовых двигателей.

Цель работы - совершенствование методов диагностирования технического состояния деталей ЦПГ судовых ДВС.

Для выполнения поставленной цгш решались слевуюцие задачи:

- исследование условий и особенностей эксплуатации и изнашивания -деталей ЦПГ;

- обоснование а разработка принципов решения задачи диагностирования ЦПГ ДВС на основе снстемпого подхода с идентификацией по параметрам состояпия;

- разработка' методики выбора оптимального диапазона диагностирования технического объекта и реализация со па ЭВМ;

- создание метода' " автоматизированного определения на ')НМ информативности и выбора параметров контроля для диагиостир'ишпи» судовых дизелей;

- разработка способа дипгпостироваиия деталей ЦПГ.

Объект исследования - система диагностирования технического состояния ЦПГ судового ДВС.

Методика исследования сочетает экспериментальные работы с теоретическим анализом, моделированием изнашивания деталей ЦПГ и научно-обоснованным выделением максимально информативных параметров контроля.

Экспериментальные исследования - проводили па основе теории -планирования многофакторных экспериментов по оригинальной схеме с применением аппаратуры фирмы "Аи1гоп1са" (Норвегия) и разработанной соискателем системы контроля, защищенной авторским свидетельством. Экспериментальный материал получен по главному двигателю К8270/120В т/х "Павлодар" Дальневосточного морского пароходства в период выполнения им производственных рейсов. Опытный образец системы, в которой реализован предложенный автором метод диагностирования ЦПГ СДБС, испытан на главном двигателе 8Я)72/48А1Л т/х "Новоказалинск" Базы активного морского рыболовства (г. Находка).

Обработка экспериментальных данных, теоретические и расчетные исследования проведены с использованием методов статистики, математического моделирования, теории информативности и теории принятия решений. Расчеты выполнены на ЭВМ ЕС1080 и персональной ЭВМ 1ВМ РС-АТ.

Научная новизна. ■ Впервые проведено экспериментальное исследование ДВС, позволяющее изучить изменение технического состояния эталонной и изношенной' ЦПГ одновременно в зависимости от эксплуатационных и временных факторов.

С использованием теории математического моделирования разработана методика построения эталонных моделей в задачах диагностирования. На основе теоретических и расчетных исследований показана возможность использования базовой эталонной модели объекта для диагностирования технического состояния серийных образцов ЦПГ судовых дизелей.

Путем анализа экспериментального материала и теоретических исследований создан метод выбора . диапазона диагностирования технического объекта! и выведен Коэффициент информативности, обеспечивающий реализацию алгоритма выбора параметров контроля для диагностирования ДВС. .Получен критерий оптимальности, с помощью которого можно своевременно принять решение о необходимости восстановительных мероприятий.

. Сформирован алгоритм общего решения задачи диагностирования ЦПГ ДВС с идентификацией по параметрам состояния. Разработан и защищен авторским свидетельством способ диагностирования ЦПГ судового ДВС по температурным характеристикам.

Практическая ценность. Разработанные методы построения аталонпой модели, выбора диапазона и параметров контроля для диагностирования судовьгк ДБС одобрены Регистром России. Они максимально облегчают действия обслуживающего персонала при подготовке к диагностированию судового дизеля, сокращают время ыа выполнение начального этапа диагностирования, способствуют уменьшению числа ошибок. Метод выбора наиболее информативных параметров упрощает процесс и повышает точность диагностирования технического состоянкя ДВС, обеспечивает систематизацию вараыэтроз контроля для решения гадач диагностирования. .

Предложенный метод диагностирования даталяй ЦПГ судовых ДВС позволяет усовершенствовать этот процесс путем конкретизации причины неисправности, что. способствует своевременному ее устранению, сокращению переборок двигателя . и, следовательно, уменьшению материальных и трудозатрат на ромонтно-профшшктические работы.

Достоверность получениях рещаыаяшозобесагчрш:

- статистичаскнм нсследоваипац характера изменения технического состояния новых и взношепных деталей ЦПГ реаяьпого судового двигателя в течение длительного времени;

- соблюдением постулатов .плакирования эксперимента, использованием теории вероятностей к ьштсматечосксй статистики пря обработке опытных данных;

- применением методов п средств сзыгрвпи::, регистрации и контроля параметров судовых днаелей, саоТЕвтствующ1& современным метрологическим трабовапшш;" ,

- проваркой адекватности результатов теоретического и экспериментального исследования вавизимостп: технического состояния ЦПГ от временных и эксплуатационных Параметров.

Автор защищает:

- результаты расчотна-скспорнцоптельЕого исследования условий и особенностей эксплуатации н шшшшшшия деталей ЦПГ;

- метод построения эталонных моделей в аздачах диагностирования;

- математическую модель, вычисляющую зависимость температуры втулки цилиндра от режимных параметров ДВС при работе его на различных режимах;

- алгоритм выбора диапазона диагностирования технического объекта;

- метод определения информативности и выбора параметров контрили для диагностироиания судовых ДВС;

- способ диагностирования деталей ЦПГ судовых ДВС.

в

Реализация результатов работы

Основные положения диссертационного исследования использованы при создании методов построения эталонной модели, выбора диапазона и параметров контроля для диагностирования судовых ДВС, одобренных Регистром. Разработанные на их базе методические пособия, применяются в НИР и учебном процессе ДВГМА. Предложенный автором способ диагностирования ЦПГ дизеля ' используется па судах пароходстз Дальневосточного бассейна.

Апробация работы. Результаты исследований одобрены на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ДВГМЛ им. адм. Г,И- Невельского (1987 -, 1994 гг.), на всесоюзных конференциях и семинарах; "Проблемы энергетики транспорта" (Москва, АН СССР, 1688 г.), "Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей" (С.-Петербург, 1S92, 1993 гг.), "Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных и ннжеперЕо-техническпх работников МГА РФ" (Мурманск, 1693 г.), "Совершенствование быстроходных дизелей" (Барнаул, 1903 г.)

Публикации. Основные положения диссертации рассмотрены в восьми статьях, трех методических указаниях и защищены авторским свидетельством. ......

Объем и' структура работы. Диссертацию составляют введение, четыре ' главы, список нспольгоааипой литературы из 129 наименований, приложения на б страницах. Основная часть работы содержит 178. страниц Машинописного текста,' 36 рисунков а 13 табетц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой /лаве дап обзор современного состояния проблемы технического диагностирования судовых ДВС. Определена ее роль и место в общем процессе управления техническим состоянием (УТС) судовых ДВС. Причем подчеркнуто, что диагностирование является основой УТС и во многом обуславливает его качество.

Современным системам технического диагностирования (СТД) свойственны следующие недостатки.

1. Большинство применяемых на флоте СТД работают по принципу функционального диагностирования. Однако, единого подхода к построению систем, опре/олешмс рационального уровня автоматизации процессов диигностироиания и выбору алгоритмов функционирования не имеется.

2. Отсутствует возможность подачи специальных возмущающих иоздействий в процессе тестирования судовых дизелей.

3. Рассмотренные системы существенно различаются по методам

обработки диагностических параметров и представления информации оператору.

4; Автоматизгфозапныо СТД Ее содержат специальных иредеги повышения достоверности диагнозов, в связи с чем целесообразно использование методов контроля достоверности входной информации.

Анализ работ в области диагностирования н современного состояния проблемы позволяет сделать вывод, что вопрос разработки принципов построения СТД судовых ДБС остается открытым. Не решены'задачи выбора структуры систем, определения характеристик алгоритмов диагностирования, оценки качества диагнозов.

На основе акилнза сформулированы принципы повышения эффективности технического диагностирования ДВС:

- уточнение функционального представления объекта диагностирования (ОД):

- оптимизация выбора диагностических параметров;

- обоснование границ допустимого технического состояния ОД;

- унификация выходной информация.

Учитывая достижения б исследовательской практике и в теории диагностирования судовых днаелей, для практической реализации предложенных принципов необходимо:

X. Последовать ооковомерностп эксплуатации деталей ЦПГ и получить характеристику ее реальных условий и особенностей, уточнить схему изнашивания деталей в процессе эксплуатации судового дизеля на различных режима^.

2. Провести теоретическое исследование н сформулировать принципы повышения достоверности диагностирования ЦПГ ДВС.

3. Выработать критерии минимизации влияния внешних факторов, определяемых условиями ' окенлуатации технического . объекта на эффективность диагностирования последнего.

4. Выявить практически значимую информативность- основных и нетрадиционных параметров контроля для диагностирования судопых дизелей. Разработать подход к рапжироватш диагностических параметров и выбору их оптимальной совокупности.

5. Повысить точность и эффектевпость диагностирования ЦПГ судового дизеля путем использования новых параметров к схем диагностирования.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию припцшиш диагностирования судовых ДВС. Дизель рассмотрен как сложная система .V,, функциональное представление которой основывается на теории систем и выражается в качестве преобразователя определенного множества парнметроп входа X, в параметры выхода К, п момент < :

я, сх,хг,. т

Яри решении задачи диагностирования важна информация об изменениях, произошедших в системе в процессе функционирования на данный момент. Получают такие сведения путем сравнения системы с ее «талоном, которым является сама система, либо ее прообраз математическая, физическая или любая другая модель системы в момеит времени i0.

В результате сравнения объектов устанавливается их неразличимость, сходство либо различие:

S,/S0cX^r,/ytxr9. (2)

Однако, системы в процессе функционирования претерпевают изменения, характеризующиеся тем, что в определенное время информации, накопленной о системе в терминах "вход" - "выход", становится недостаточно для описания дияамики ее поседения. Поэтому целесообразен ввод понятия инерционных систем, или систем с памятью, выход которых зависит на только от текущего воздействия, по и от его "предыстории", обусловленной объектом состояний С. Описание такой сцстамы определено не на парах "вход - выход", а на триадах "вход - состояние - выход":

■ Sc'XxCxY.' (3)

С учетом идентификации входных воздействий внутренние изменения объекта диагностирования можно представить в виде:

SJS.iX^CJC^YJY, (4)

или

С, = (с,:С, = YJ У0;&с, е С,;&/ е Г;& у, е У,;&7о « П) • (5) где С„ - объект начальных состояний системы.

Выражение (4) представляет решение задачи диагностирования в общем виде. Если системы наблюдаемы относительно входного- и выходного объектов, то изменения в системе проявляются новой ее реакцией при условии фиксации параметров входа.

Объем задачи диагностнрсввяия определяют на основе теории информации посредством формирования уровая эдтрспии ОД в объеме состояний, принятых к распознавалто.

Реальная физическая система в каждый момент может находиться в . одном из множеств допустимых состояний, задаваемых тачкой многомерного пространства между (ЯС^,)^ = 0 и (ЯС,^)^. Энтропшо по каждому из

параметров состояния систем рассчитывают классическими методами. Исходя из свойства аддитивности онтропии:

иГ-ъЦнлпс,^ (в)

.•S /.It.r

!•/(« //;- - суммарная энтропия объекта диагностирования.

Энтропию состояния вычислим ло известным, из теории информации

мьфиженинм:

Л,{псил)... -у; (7)

Л-1

N « ~ (/7С<,А^, гда д . шаг квантования. (8)

А

В бтом случао значение энтропии состсгшпя системы представляет собой численную оценку сложности еедачк диагностирования, определяемую множество»: принятых к распознаванию состояний ОД. В дальнейшем оно именуется "объем задачи диагностирования" (ОЗД). Очевидно, что минимальные ОЗД и энтропию будут . иметь дихотомические задачи диагностировании: ОЗД = 2, Я/ «• 1 вит.

Теоретическая оснога мотодики выбора параметров контроля (ПК) для диагностирования заключается в следующем. Конвертируя (4), получим выражение, связывающее ентроппю к информацию в моменты f и <о:

Л,-Л,-/,-/0 , ■' (9)

где Я; - текущая зптрешш состояния системы; Я0 - начальная энтропия состояния системы; I, • количество информации от системы контроля; /0 - информационная энтропия эталонной модели.

Тождество (9) верно для полностью наблюдаемых систем. В общем случае при частичной наблюдаемости систем справедливо выражение:

= (10) и,-«о

где . А'1 - суммарный коэффициент информативности. Учитывая свойство аддитивности информации, можно зависать:

Ж-/о')

(-1 "I "о

гда А"' - коэффициент информативности <-го параметра кептрол ;

// - количество информации, приносимое /-ы ПК;

/, - информационная энтропия 1-го ПК. Статистический объем диагностической информации, приносимый <-м ПК

4-//-.4- (12)

Актуальной задачей является разработка оценок или уровней значимости для определения диагностическая информативности - ПК. По результатам анализа экспертных оценок она может быть решена нутом принятия априори за нижний уровень оценку 0,8...0,9.

Для использования диагностики нри назначении своевременного ТО ДВС выработан оригинальный подход к обоснованию границы допустимого технического состояния на основе экономических факторен.

Изменение технического состояния системы проявляется увеличением потерь при функционировании системы:

ЛЯ = - //„£ = /¡(/) .

Система является восстановимой до некоторого состояния, близкого к Са. Потери на восстановление есть функция времени Я50С =/j(/). Функции /¡(O./jC) - неотрицательные, выпуклые, монотонно возрастающие, описывающиеся уравнениями вида /(/)=• b(f - а)" или могут быть аппроксимированы ими на конечных участках.

Предположим, что существует критерий Копт, с помощью которого возможно определить оптимальное но экономичности время восстановительных операций tj. По времени i2 будем оценивать оптимальность посотановлепия. При этом на промежутке времени tlt ls получим некоторое понижение уровня потерь за счет своевременного носотаьовления исходной экономичности объекта по отношению к объекту, для которого восстановление на временном интервале ii, t2 не проводилось. Тогда сокращение потерь запишется выражением:

(13)

и •»

где Э„ - уменьшение потерь за счет своевременного восстсповления.

После принятая допущений /¡(f) » П^ -const, а=-0 и т™ 1, 10 = 0, = 2i,

эа - "0; (14)

ч О

Босстановление ОД целесообразно, так как затраты окупаются возобновлением исходной экономичности функционирования объекта. Отыскание конкретного значения b крайне затруднительно па практике, поотому сформулируем критерий задачи принятия решений:. '

Восстановление объекта экономичности рационально, когда единичные по времени наработки между восстановлениями затраты равны

единичным по времени отклонениям экономичности функционирования ОД b(t), обусловленным изменением его технического состояния.

Критерий оптимальности для ДВС . как системы, обладающей потребительской стоимостью, имеет вид:

/71

К m ■**, " (17)

TEf(rjn - г},) ' U °

где - эффективный КПД при эталонном состоянии системы;

г>, - текущее значение КПД.

Таким образом, . критерий, послуживший базой для построения решения, является отношением •л<вивалентности на множестве состояний ОД, которое позволяет сконструировать "самое приведенное" двухэлементное пространство состояний "гонрявпо" "неисправно" и тем самым выполнить первую дихотомическую за/мму ди.н ичстиронннни.

Далее в работе рассматривается оригинальный вариант физического представления категории "техническое состояние" и его количественной оценки. По результатам проведенного теоретического исследования автор формулирует принципы идентификации состояний, моделирования объекта диагностирования и формирования алгоритмов распознавали«.

В третьей главе изложены результаты экспериментального исследования температурного состояния втулки цилиндра судового МОД. Исследования проведены на основе принципов планирования экспериментов. С целью наиболее полного учета взаимодействия исследуемых факторов для широкого диапазона условий эксперимента использована матрица симметричного ротатабелымго трехуровневого плана. Для такого плана дисперсия оценки математической модели в некоторой окрестности центра эксперимента близка к постоянной. .Информативность модели во всех направлениях от центра плана в предела;: • окрестности оказывается одинаковой, что позволяет оцепить точность модели в любой точке интервала варьирования факторов.

Экспериментальные исследования проведены па главном двигателе K8Z70/120E (MAN) т/х "Павлодар" в течение 3 тыс; ч работы с использованием аппаратуры диагностического комплекса формы "Autronica", содержащего в себе блоки термоконтроля MJ-1, контроля рабочего процесса NK-3, контроля плотности прилегания поршнеаых колец NP-2. Наряду с фиксацией значений ряда режимных • и эксплуатационных параметров постоянно регистрировали все виды технического обслуживания, профилактических осмотров п ремонта дизеля п его узлов. По этим данным анализировали реакцию параметров контроля на действия обслуживающего персонала.

Нормальная усредненная температура втулок в ваьксимости от нагрузки и износа составляет 140...180 °С. В эксплуатации и а цилиндрах, детали ЦПГ которых п хорошем состоянии, амплитуда колебаний температуры втулки достигает 100 °Су что обусловлено прежде всего . вращением поршневых колгц и прохождением мимо датчика замка кольца,

* V

формирующего зону повышенных температур. Кольца с прямым замком, •имеют меньшую скорость вращения, чем кольца с косым замком. При схождении замков колец с прямым замком наблюдается устойчивый (5...0 ч) рост температуры втулки в локальной Gone до 250...300 °С, в следствии чего нбрмалышя работа сопряжения кольцо-втулка становятся невозможной. Причем резко повышается концентрация продуктов изнашивания в масле.

Отмечено уменьшение колебания температур втулок, изнсс. которых превышает 2 мм в районе в.м.т. и имеющих эллиптичность более 0,3 мм, при общей повышенной усредненной температуре. Вскрытие цилиндров 1, 7, в. b-оказпло, что первое компрессионное кольцо у замка имело износ до 2 ми,

второе и третье - потерю упругости до 60. ..75 %. После замены колец температура втулки понизилась до нормального уровня.

Температура втулки (Твт) позволяет организовать в процессе эксплуатации оптимальный режим смазки и регулировать его на каждом цилиндре в зависимости от состояния деталей ЦПГ, что способствует экономии цилиндрового масла и предотвращению' загрязнения деталей ЦПГ и газовоздушного тракта. Использование Твт в комплексе с другими параметрами открывает новые возможности оценки текущего состояния деталей ЦПГ для своевременного реагирования на отклонения их от нормы.

Применение метода множественного регрессионного анализа обеспечило получение уравнений, описывающих исследуемый параметр - температуру втулки цилиндра главного судового дизеля K8Z70/120E. Значимость каждого коэффициента модели проверяли по Т-критершо Стыодепта со степенью достоверности а . 0,95. С .помощью качественного анализа найденных зависимостей на базе персональной ЭВМ выделены две модели Mi - для цилиндра-4 и М, - для цилиндра 7, максимально точно описывающие зависимость температуры втулки цилиндра ТВт от режимных параметров: М,: Твт = - 2533,2 + 104,в УН - 1111,9 Pint + 0,97478 УН* + 19,292 УН Pint, (13) М2: Твт = ехр(3,2 УН0-*32), (19)

где УН - указатель нагрузки дизеля, Pint - давление продувочного воздуха.

Модели статистически значимы, их коэффициенты множественной корреляции Я составляют 0,94 и 0,95 соответственно; ^-критерии Фишера для них в несколько раз превышают табличные значения и равны 39 и 41. Малое отклонение экспериментальных точек от предсказанных значений свидетельствует о случайном характере их разброса относительно линии регрессии. Величины стандартных ошибок оценки этих моделей 10,2 и 9,7 соответственно. Гистограммы отклонений экспериментальных данных от расчетных значений свидетельствуют о их хорошей сходимости при условии нормального вращения поритевых колец.

В судовой практике часто возникает необходимость диагностирования технического состояния диззля в условиях, когда отсутствуют математические модели, характеризующие нормальное исправное состояние его узлов. При профилактическом осмотре, как правило, имеется один или два цилипдра, состояние которых близко к эталонному. Экспериментальные личные, отражающие их техническое состояние, используют для построения, проверки и корректировки эмпирических эталонных моделей. Примером такого подхода может Служить построение моделей Mi и Ъ13 для исправных цилиндров 4 и 7 двигателя K8Z70/120E. При проверке модели, полученной по цилиндру 4 (М,) на базе материала по цилиндру 7 не только подтверждена адекватность ее исходным данным, но и установлено, что состояние цилиндра 1 лучше, чем Цилиндра 7. Модель по цилиндру 7 (М2), как видно на

гистограммах (рис.1) также выдержала аналогичную проверку по данным цилиндра 4.

Плотность распределения остатков для цилиндров 4, 7

а С

Рио. 1

Следовательно, подтверждается принцип универсальности эмпирических эталонных моделей для различных цилиндров одного двигателя, что дает возыо}кнсстъ быстро формировать модели для диагностирования парка эксплуатируемых дизелой.

При «опр-зделешш информативности кыбраппых диагностических параметров (ДП) и анализа их реакции нп изменение технического состояния дяззля устапоялеио, что 'iW качественно характеризует изпос деталей ЦПГ. Достоинство этого ДП заключается в том, что в период работы двигателя он накапливает информацию о деталях ЦПГ за время меисду моточистками,'т.е. проявляет свойство комулятнсности (рис. 2).

Рис. 2

Последовательное увеличение значений ДП для изношенного цилиндра 1 отражает ухудшение технического состояния по сравнению с эталонным 7. Флуктуации ДП цилиндра 7 определены в основном подаижностью поршневого кольца, ДП цилиндра 1 -имеют постоянный разброс по амплитуде. На это указывает и более, растянутое, прижатое к оси абсцисс распределение ДП цилиндра 1 по сравнению с плотностью распределения ДП цилиндра 7 (рис.3).

Плотность распределения остатков Реакция средних значений ДП

по данным цилиндров 1, 7 на изменение ТС ЦПГ дизеля

Более тонкий анализ ДП и их взаимосвязи о техническим состоянием ЦПГ возможен путем рассмотрения статистических характеристик приведенных экспериментальных распределений, в качестве которых могут служить среднее значение ДП, дисперсия, среднее квадратнческое отклонение, центральные моменты третьего и четвертого порядков, коэффициенты асимметрии, эксцесса, вариаций. Характерный спад средних значепий ДП (рис. 4) ярко определяет время проведения моточистки цилиндра. При последующей наработке некоторое понижение значений среднего ДП объясняется увеличением подачи цилиндрового масла на цилиндре 1. Улучшение технического состояния цилиндра 1 после моточистки практически симметрично отражается посредством дисперсии и среднего квадротического отклонения ДП.

Таким образом, можно констатировать, что с применением комплексного подхода и параллельных методов анализа диагностирование технического состояния ЦПГ судового ДВС па базе температурных параметров является решаемой задачей.

В четвертей главе рассматриваются итоги разработки новых научно-технических решений по диагностированию ЦПГ судового дизеля. На базе иГп.ектно-элемситной декомпозиции ДВС на подсистемы предложено решение проблемы формирования объема задачи диагностирования (ОЗД), который

можно варьировать в широких пределах и получать различные представления об ОД.

С помощью объектно-элёмеитаого метода (ОЭМ) конструирования сложных систем проведена ' декомпозиция подсистемы "детали ЦПГ". Каждый усол ео рассмотрен как разветвленный ОД, содержащий независимые композиционные элементы. Физическое представление элементов системы по параметрам состояния (ПС) подразделено на три группы: ПС1 - износ, ПСг - отложение, ПС'з - структурное несоответствие.

Возможность идентификации технического состояпия узлйв подсистемы "датаяи ЦПГ" определяется значениями суммарных коэффициентов контролируемости по параметрам состояния.^

- К? =_...

хт/тсу,, •

где I - узел подсистемы "детали ЦПГ", } - помер ПС для (-го узла,

к - композитный элемент в пределах одного ПС^ддв^-го узла. ■ Тьк, коэффициент контролируемости втулки цилиндра по всем параметром равен К,1 ™ 1,04, боа учета нетрадиционных ПК - К,г(о) % 0,42. Суммарный коэффициент контролируемости порпшя = 0,178 и,

соответственно, К^(о) — 0,125. Коэффициенты контролируемости поршневых колец К^ — 1,047 п Кз(о) - 0,785. Кршшш, как и поршень имеет малый коэффициент контролируемости К^ - 0,163 п К?(о) - 0,13. Для выпускного клапана К^0,96 н К[(о) - 0,89. Следовательно, суммарный коэффициент контролируемости системы "детали ЦПГ"' составляет Кцпг = 0,67 и Кцпг(о) = 0,42, что значительно еюяо необходимого уровня (0,8...0,8).

Для-повышения уровня контролируемости ОД"детали ЦПГ" за счет расширения исполшоишия натрадицпоапых ПК особого внимания требуют температура втулки цшшпдра и давление на липни сжатия. Эти параметры несут до 0,8 и 0,7 бит информации соответственно ц являются комплексными характеристиками, отражающими игтпепця нескольких ПС элементов ЦПГ. Колебания пк значений хорошо согласуются с физикой процессов а цшшпдра дизеля! Отклонение : технического состояния элементов от нормы отслеживается по едеКЕлтныи, предсказуемым реакциям«данных ПК. Современные системы и методы контроля позволяют измерять их серийно выпускаемой аппаратурой с необходимой точйосуью и небольшой погрешностью. Методики применения. этих параметров в качестве диагностических предложенные другими . исследоаарлпми наряду с достоипствами имеют. ряд недостатков, обусловленных сложностью и многогранностью процессов, происходящих в ЦЙГ ;Диаеля. В развитие идеи комплексного к всестороннего использования наиболее- характерных параметров контроля для диагностирования ЦПГ- ДВС^ автором предложена оригинальная схема применения данных температурного контроля. ' Она

реализована в защищенном авторским свидетельством 1646872 способе диагностирования цилиндропоршневой группы ДВС, который включает ■ периодически повторяющееся измерение . температуры втулки цилиндра в точках, равномерно расположенных ' по' окружности на заданной высоте, определение значений диагностических, -параметров и сравнение их с эталонными.

На втулке диагностируемого цилиндра размещают равномерно по окружности на. одном у ровне цо. высоте датчики температуры (термопары). Выходы их через' усилитель соединяют • с коммутатором, обеспечивающим измерение мгновенных значений температуры втулки во всех точках. На работающем двигателе осуществляют цикл измерений, состоящий из однократного определения температуры втулки цилиндра последовательно во всех точках замера.: По. результатам измерений в качестве диагностических параметров выделяют • максимальную температуру ТМах, характеризующую место расположения замка верхнего поршневого кольца, выявляют наибольший перепад температур Пм (Тмех - Тм1п), где Тм,п - минимальная из измеренных в цикле температур. Параметр Пм показывает асимметрию температурного поля втулки цилиндра на данном уровне. Также вычисляют фоновую температуру втулки, обусловливающую общую температурную напряженность втулки цилпндра, по формуле:

•'■■ ' ¿Т-т..

т _ -Ы_-_-

и-1 *

где - температура втулки в 1-й точке, п - количество точек замера.

Циклы измерений и расчет диагностических параметров' периодически повторяют. По результатам нескольких циклов измерений находят скорость перемещения максимальной температуры Уп по окружности в качестве диагностического параметра, характеризующего подвижпость верхнего поршневого кольца. .

Полученные предложенным способом диагностические параметры сопоставляют с их эталонными значениями и делают выводы о техническом состоянии данной цилиндропоршневой группы двигателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом комплексных теоретических и экспериментальных исследований, направленных на решение проблемы совершенствования методов диагностирования технического состояния судовых ДВС, являются следующие основные результаты.

1. Впервые изучено изменение технического состояния в зависимости от пкенлуптпциоиньгх и »ременных факторов одновременно для эталонного и 1: ч1ш|]('1Ш»го объекте!-.. Выявлены тенденции изменения температурного (VIгошшн деталей ИНГ к процессе их и.ишшивання.

2. На основе теоретических, и расчетных исследований показана рациональность использования базовой эталонной модели объекта для диагностирования технического состояния серийных образцов применительно к ЦПГ судовых ДВС, что дает ' возможность оперативно формировать эталонные модели для эксплуатирующихся ДВС, упростить процесс подготовки к диагностированию, сократить время его начального стана и уменьшить число ошибок.

3. Разработанная на базе теории математического моделирования методика построения эталонных моделей в задачах диагностирования одобрена Регистром России и рекомендована в качестве практического руководства для контроля технического состояния элементов СЭУ.

4. . Качественный . '' анализ' ; вкспериментального материала и теоретические исследования позволили создать метод выбора диапазона диагностирования технического объекта ы вывести коэффициент информативности, обеспечивающий реализацию алгоритма выбора параметров контроля для диагностирования ДВС.

5. По результатам множественно-регрессионного анализа получена математическая модель, определяющая зависимость температуры Ьтулки цилиндра от режимных параметров ДВС. Она способствует повышению качества диагностирования дизелей типа К8г70/120Е посредством более точной идентификаций отличия их технического состояния от эталонного с использованием данных .температурного контроля.

-' . .6. С целью конкретизации сроков и минимизации затрат на профилактические и ремонтные мероприятия разработан критерий, обеспечивающий своевременное принятие решепля: об их необходимости. Использование названного, критерия исключит необоснованные вскрытия ДВС и . повысит эксплуатационную экономичность дизеля за счет оптимизации обслуживания его .элементов по их реальному техническому состоянию.

7. Сформирован алгоритм общего рыдания задачи диагностирования ЦПГ ДВС с идентификацией по параметрам состояния, позволяющий определить степень распознавания дефектов ЦПГ дизеля и в условиях малой информативности параметров контроля принести ее к решаемому виду. '

8. По результатам теоретического и экспериментального анализа разработан и защищен авторским свидетельством способ диагностирования деталей ЦПГ судового дизеля. Реализация метода с использованием комплекса аппаратуры "Аи^опка" на судах Дальневосточного и Приморского пароходств дала экономический эффект в ценах 1901 года 24 — 30 тыс. руб. в год па одно судно.

Основные положения диссертации опубликовани е следующих работах:

1. A.C. 1646872, МКИ3 G01M 16/00. Способ диагностирования ЦПГ судового дизеля / М.С. Дальман, В.И.Лапшии, С.А.Супоня (СССР).-; № 4697251/06; Заявлено 02.03.89; Опубл. 30.04.91, Бюл. № 16.- С.З.

2. ДальманМ.С., Лапшин B.ST:, -СупоНя,С.А. Подход к определению диагностической информативпостй параметров контроля // Исследования по технологии судоремонта и техническому обслуживанию судна.- Владивосток: ДВВИМУ, 1988.-С. 60 - 68. /

3. Супоня С.А. Оценка информационных возможностей температуры втулки для технического диагностирования ЦПГ судового дизеля // Всесоюзная научно-практическая конференция ' "Проблемы энергетики транспорта": Сб. науч.. тр.. /АН- СССР, КПТ АН СССР, ЦНИИЭВТ.- М.: Транспорт, 1990.-C. 97 - 102.

4. Дальман М.С., Лапшин В.И., Супоня С.А. Оценка информативности и выбор параметров контрдля в задачах диагностирования судовых дизелей // Двигателестросние.- 1990.- 8.- С. 28 - 32.

5. Супопя С.А. Диагностирование ЦПГ судового дизеля пр температурным параметрам // Постоянно действующий научно-технический сгмииар стран СНГ "Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей".- С.-Петербург: С.-ПАУ, 1992.-С. 62 - 63.

6. Супоня С.А. Комплексное использование температурных параметров для диагностики ЦПГ дизеля // Тез. докл. научно-технической конференции профессорскр-прсподавательского состава, аспирантов, научных и инженерно-техническихработииков.- Мурмпнск:МГА, 1993.-С. 72.

7. Супоня С.А. Новый метод диагностирования ЦПГ судового дизеля // Совершенствование быстроходных диэелой: Тез. докл. международной научно-технической конференция / Барнаул: АГТУ, 1993.- С. 92 - 93.

8. Супоня С.А., Мисюра В.К. Диагпостироваине ЦПГ еудового дизеля 1ш статистическим характеристикам ' функции распределения диагностических параметров // Постоянно действующий научно-технический семинар стран СНГ "Диагностика, повышение эффективности, экономичности й долговечности-двигателей".- С.-Петербург: С.-ПАУ, 1993.-С. 5-6. .

9. Супопя С.А. Решение задачи математического моделирования эксплуатирующихся дизелей // Тез. докл. научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ДВГМА.- Владивосток: ДВГМА, 19Р4.-С. 21.