автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Динамический метод дифференциального диагностирования контуров пневматического тормозного привода автомобилей



На правах рукописи

УДК: 629.113: 62-592.52: 62-597.5

МОИЖИН НИКОЛАЙ ИЛЬИЧ

ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КОНТУРОВ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТОРМОЗНОГО ПРИВОДА АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность 05.20.03. - Эксплуатация, восстановление и ремонт

сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата техшиеских наук.

Иркутск, 1998

Работа выполнена на кафедре «Автомобили» Восточно-Сибирского государственного технологического университета в период с 1994 по 1998 г.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент А. И. Федотов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

И.М. Головных

кандидат технических наук, доцент В. Н. Хабардин

Ведущая организация: Бурятская государственная сельскохозяйственная академия (г. Улан-Удэ, Республика Бурятия)

Защита диссертации состоится " 22 " декабря 1998 г. на заседании диссертационного Совета К-120.70.01 в Иркутской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 664038, г. Иркутск, п. Молодежный, ИрГСХА.

Отзывы на автореферат просим отправлять в адрес диссертационного совета. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИрГСХА.

Автореферат разослан " ноября 1998 г.

Ученый секретарь — диссертационного совета _ Бородин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертации. В транспортном процессе агропромышленного комплекса Российской Федерации важная роль отводится большегрузному автомобильному транспорту, перевозящему более 80 % общего объема грузов. С обновлением парка, все более широкое применение находят автомо били, оснащенные многоконтурным пневматическим тормозным приводом (МГПП).

По данным министерства сельского хозяйства и продовольствия Бурятии, на начало 1997 г., в АПК республики в сельской местности эксплуатируется 9510 автотранспортных средств с пневматическим тормозным приводом, 44 % из которых составляют автомобили оснащенные сложным МПТП.

С целью обеспечения существующих требований к безопасности регламентируемых международными Правилами N 13 ЕЭК ООН и государственными стандартами РФ, пневматический тормозной привод (ПТП) автомобиля разделен на отдельно функционирующие контуры. В современном автомобиле число контуров доходит до пяти.

Причем контуры ПТП представляют собой сложные системы, состоящие из большого числа пневмоаппаратов. Так, в автомобиле-тягаче число пневмо-аппаратов превышает несколько десятков единиц, а в составе автопоезда -свыше семидесяти. Важным фактором обеспечения работоспособности МПТП автомобиля в период эксплуатации, является техническая диагностика.

В основу работы существующих методов и средств технического диагностирования контуров МПТП положен статический метод дискретного измерения величин их выходных параметров (чаще всего, давления сжатого воздуха) при заданных положениях управляющих органов в установившихся режимах. В процессе диагностирования оцениваются только следящее действие и герметичность контуров без учета их быстродействия. При этом, диагностирование иногда сопровождается частичной разборкой привода.

Опыт эксплуатации автомобилей с МПТП показывает, что из-за недостаточной информативности существующего метода и его высокой трудоемкости, в автохозяйствах, ремонтно-технических и автотранспортных предприятиях агропромышленного комплекса при отыскании неисправного аппарата в МПТП, автомобили в отдельных случаях простаивают до двух суток. При этом количество ДТП совершаемых по причинам неисправностей тормозных систем грузовых автомобилей в 2,7 раза больше чем легковых. Анализ показывает, что научных исследований и разработок в области дифференциальной диагностики контуров МПТП выполнено недостаточно.

На основании вышеизложенного, разработка оперативного и достоверного динамического метода дифференциального диагностирования контуров МПТП имеет актуальность и экономическую целесообразность.

Цель работы - повышение эффективности и снижение трудоемкости при поддержании и восстановлении работоспособности контуров автомобильных пневматических тормозных приводов в условиях эксплуатации сельского

хозяйства на основе динамического метода их дифференциального диагностирования.

Объект исследований - процесс формирования диагностических признаков и их связи с параметрами технического состояния контуров пневматического тормозного привода автомобиля в эксплуатации.

Предмет исследований - зависимости выходных параметров контуров ПТП от времени и их фазовые динамические характеристики (ФДХ), представляющие собой зависимости давления рабочего тела Реых на выходе контура, от давления рабочего тела Р/ на выходе его управляющего аппарата при изменении параметров технического состояния.

Научная новизна диссертации:

1. Динамический метод дифференциального диагностирования контуров ПТП автомобилей.

2. Математическое описание изменения объемов тормозных камер диа-фрагменного типа в зависимости от давления на их входе и полного хода штока.

3. Математическая модель второго контура МПТП автомобиля КамАЗ 5320 как объекта диагностирования, учитывающая его основные функциональные свойства (следящее действие и быстродействие) и позволяющая устанавливать связи диагностических признаков контура с параметрами его технического состояния.

3. Уравнения связей диагностических признаков второго контура МПТП автомобиля КамАЗ 5320, с параметрами его технического состояния.

4. Алгоритм, и выбраны режимы дифференциального диагностирования контуров ПТП, позволяющие оперативно оценивать их герметичность, следящее действие и быстродействие.

Практическая ценность работы. Разработанный автором динамический метод дифференциального диагностирования контуров ПТП автомобилей и реализующее его диагностическое оборудование могут использоваться:

- на станциях и постах диагностики АТП, РТП, имеющих автомобили с ПТП;

- на предприятиях, выполняющих сервисное техническое обслуживание автомобилей с ПТП;

- в центрах и постах инструментального контроля ГИБДД, выполняющих ежегодный инструментальный контроль автомобилей с ПТП.

Реализация результатов работы. Разработанные динамический метод дифференциального диагностирования контуров ПТП автомобилей и диагностическое оборудование одобрены на заседании НТС Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия, прошли производственную проверку и внедрены в технологический процесс АООТ «Грузовое автотранспортное предприятие № 2» г. Улан-Удэ Республики Бурятия.

Апробация работы. Материалы исследований докладывались на международной научно-практической конференции "Город и транспорт" в СибАДИ г. Омска в 1996 г., на научно-технических конференциях ИрГСХА в г. Иркутске в1997-1998 гг., на заседаниях кафедр ЭМТП ИрГСХА (г.Иркутск)

и «Автомобили» ВСГТУ (г. Улан-Удэ) в 1994-1998 гг., на научно-технических конференциях ВСГТУ в г. Улан-Удэ в 1994-1998 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ общим объемом 1,92 условных печатных листа.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, включает 9 таблиц,

50 рисунков, список литературы из 185 наименований и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении приведено обоснование актуальности темы исследования, дана ее краткая характеристика.

Первая глава содержит анализ работ, посвященных вопросам диагностирования пневматического тормозного привода автомобилей и его контуров в условиях эксплуатации. Приведено обоснование динамического метода дифференциального диагностирования контуров ПТП автомобилей, сформулированы задачи исследований.

Основное назначение технической диагностики состоит в повышении надежности объектов на этапе их эксплуатации, а также в предотвращении производственного брака на этапе изготовления машин и их составных частей. В связи с повышением конструктивной сложности машин, происходит постоянное совершенствование средств и методов их технической диагностики.

Повышешло эффективности эксплуатации сельскохозяйственной и автомобильной техники, появлению новых методов и средств ее технического диагностирования в немалой степени способствовали такие исследователи, как Аллилуев В.А., Арпошш А.И., Борц А.Д., Бородин С. Г., Говорущенко Н.Я., Головных И.М., Ждановский Н. С., Иофинов С. А., Колчин А. В., Лившиц В.М., Мирошников Л.В., Михлин В. М., Николаенко А. В., Ряков В. Г., Сергеев А.Г., Селиванов А. И., Терских И.П., Кузнецов Е. С., Крамаренко Г.В., Уп-кунов Ю.Н., Харазов А. М., Хабардин В. Н., и многие другие.

Проведенный анализ методов и средств диагностирования контуров ПТП показал, что в настоящее время диагностика контуров основана на статическом методе, заключающемся в измерении установившихся значений давления в его контрольных точках, при заданном положении управляющих органов. Такой метод диагностирования позволяет выявлять ограниченное число неисправностей, не оценивая наиболее важное свойство контуров ПТП, их быстродействие. Очевидным недостатком статических методов диагностирования контуров ПТП является их ограниченная информативность и высокая трудоемкость. В связи с вышеизложенным очевидно, что необходим новый метод обладающий высокой достоверностью и оперативностью, позволяющий определять такие важные функции контуров ПТП автомобилей как: герметичность, следящие действие и быстродействие. В качестве объекта диагностирования был выбран второй контур МПТП автомобиля КамАЗ 5320, как наиболее важный с позиции реализации тормозных свойств автомобиля. В целях исследова-

ния диапазонов изменения параметров технического состояния аппаратов, входящих в состав контура ПТП в процессе эксплуатации, был проведен поисковый эксперимент по измерению и статистической обработке параметров технического состояния второго контура МПТП автомобиля КамАЗ 5320, в процессе эксплуатации.

В ходе поискового эксперимента контуры, имеющие очевидные неисправности (трещины корпусных деталей, нарушения резьбовых соединений и т. д.), отбраковывались. По результатам поискового эксперимента установлено, что преобладающими эксплуатационными причинами отказов второго контура являются неисправности, связанные с повышением трения подвижных элементов пневмоаппаратов, входящих в состав контура.

Так, например прирост силы трения большого поршня двухсекционного тормозного крана в среднем, увеличивается более чем в 3,3 раза, малого поршня - в 5 раз , верхнего поршня - в 4 раза, а клапана верхней секции - в 6 раз. В регуляторе тормозных сил, увеличение силы трения поршня происходит более чем в 11 раз, толкателя - в 3,3 раза, а увеличение силы трения фиксирующего поршня - в 3 раза.

Таким образом, для неработоспособных аппаратов, входящих в состав второго контура МПТП КамАЗ, силы трения в сопряжениях увеличиваются в среднем в 5-11 раз. При этом, имеет место значительный разброс значений сил трения. Коэффициенты вариации достигают значений 0,19 - 0,33.

В условиях эксплуатации преднатяги пружин изменяются незначительно. Их диапазон составляет всего 5-10%, что обусловлено накоплением остаточной деформации пружин и незначительной вариацией их жесткости. Некоторые пневмоаппараты контура, имели поломки пружин. Эта неисправность характерна для диафрагменных камер с энергоаккумуляторами (около 90 %).

Четвертая часть всех неработоспособных контуров имела нарушения герметичности как соединительных трубопроводов, так и пневмоаппаратов, входящих в их состав. Нарушения в работе контура, связанные с точностью регулировки элементов пневмоаппаратов (ДСТК, РТС, ходы штоков тормозных камер и др.) и органов управления контура (рабочий и свободный ход педали тормоза), встречаются довольно часто и при этом, хорошо выявляются существующими методами диагностирования.

На основании вышеизложенного, были сформулированы следующие задачи исследований:

1. Разработать теоретические предпосылки выбора диагностических признаков, обоснования динамического метода и алгоритма дифференциального диагностирования контуров МПТП.

2. Разработать математическую модель контура МПТП, как объекта диагностирования, позволяющую устанавливать функциональные связи диагностических признаков с параметрами технического состояния и определять нормированные значения диагностических признаков.

3. Разработать оборудование и алгоритм, позволяющие реализовать динамический метод дифференциального диагностирования контуров МПТП

4. Произвести экспериментальную проверку и дать техникоэконо-

мическую оценку динамического метода дифференциального диагностирования контуров МПТП и реализующего его диагностического оборудования.

Во второй главе приведены теоретические предпосылки выбора диагностических признаков, обоснования динамического метода и алгоритма дифференциального диагностирования контуров МПТП, и разработана математическая модель второго контура МПТП автомобиля КамАЗ 5320 как объекта диагностирования, позволяющая устанавливать функциональные связи диагностических признаков с параметрами технического состояния пневмоаппаратов входящих в его состав и выполнять нормирование диагностических признаков.

При разработке теоретических предпосылок, была выдвинута научная гипотеза, предполагающая, что при изменении параметров технического состояния пневмоаппаратов, входящих в состав контура, его фазовые динамические характеристики существенно искажаются, образуя области локальных диагнозов (рис. 1). В процессе наполнения контура рабочим телом, образуется область общих диагнозов 0|, а в процессе опорожнения - область общих диагнозов В2. В свою очередь, области общих диагнозов Б] и Б2 образуются из совокупности областей локальных диагнозов и {От},, Области локальных диагнозов {И,}, образуются ФДХ работоспособных контуров МПТП, а области локальных диагнозов {02}, образуются ФДХ неработоспособных контуров МПТП (рис. 1).

Исходя из вышеизложенного, последовательный анализ участков ФДХ контура ПТП на их принадлежность к областям локальных диагнозов позволяет осуществлять распознавание его технического состояния, а также неисправные пневмоаппараты, входящие в его состав.

Данная процедура выполняется на основе анализа диагностических признаков. Выбор диагностических признаков, обладающих наибольшей чувствительностью к изменениям параметров технического состояния контура, производился с применением метода наибольших сечений предложенного А.И. Федотовым. Согласно метода, весь локальный участок фазовой динамической характеристики (рис. 2) делится секущими на п частей так, что секущие проходят параллельно оси абсцисс или ординат.

При этом определяются участки, обладающие наибольшей чувствительностью к изменениям параметров технического состояния Q„ в диапазонах их изменения от начальных, до предельных значений.

В случаях, когда диагностический признак имеет двухстороннее ограничение, на линии секущей, проведенной по наибольшему сечению областей локальных диагнозов, находится диагностическая точка кн, принадлежащая

вьп

Рис. 1 Области локальных диагнозов Он (норма) и Оъ (нет нормы)

функции Реь1Х ,f (Р/)\ £?„, для контура с номинальным значением параметра технического состояния <2/, а также точки кд и к 'д, принадлежащие функциям Рвых „/ (Р,) | (¿ц и Рвых,/ (Р,) | 2 'д, для кщпуров с допустимыми значения ми параметров технического состояния 2д и соответственно. Диагностическим признаком в этом случае, будет являться абсцисса Р¡(к), точки пересечения функции Р„ых _/ (Рг) испытуемого контура с секущей ПК. Таким образом, на основании измерения диагностического признака ФДХ предъявленного контура в области локального участка, он может быть отнесен к одному из двух возможных состояний (работоспособному или неработоспособному). Принимая во внимание то, что величина диагностического признака Р¡(к) зависит от значения параметра технического состояния контура, можно утверждать, что величина диагностического признака косвенно оценивает значение параметра технического состояния.

Таким образом, для любого участка |ЛВ[^ (рис. 2) предъявленной фазовой динамической характеристики контура, существует решающее правило распознавший:

Р. (ко)

если

если

если

Р. (ко)

Р. (кд)

Р. (ко)

Р1 (кя)

Р. (ко)

Р. (к'»)

<1 и

>1.

<1,

Р. (к'д)

£ 1,

|АВ|;е Би |АВ^ е Б2, |АВ|{ 6 Э22

(1)

Р»,Ш1а

Е.(В)

Ш

с \ ■ В

А в-¥/ в!

¥/Ши\

у 'Лнт

к[ УШ,-

Ж И?"

где: Р, (ко), Р, (к'<) - значения допустимого норматива диагностического признака на участке |АВ| локального диагноза; Р, (ко) -значение диагностического признака на участке |АВ| предъявленной фазовой динамической характеристики.

Для проведения функционального диагностирования предъявленного контура можно ограничится последовательной проверкой у-го числа участков |АВ|^ его фазовой динамической характеристики на принадлежность множеству областей локальных диагнозов Б у, и П2\. Если все локальные участки |АВ|з принадлежат множеству областей Ву„ то контур работоспособен, если хотя бы один локальный участок |АВ^ принадлежит области £>21, то предъявленный контур неработоспособен:

РДАМВДаОР.а,) Р,, МПа

Рис. 2 Определение диагностического участка, обладающего наибольшей чувствительностью

ЫАВ|, е11 йл|АВ|, е II Л => [г] = [Г.], контур работоспособен (2)

||АВ|,би-0-' => кошур не работоспособен

где: У А, и -С>2 - объедшгешше области локальных диагнозов; [7] - оценка работоспособности контура.

Дифференциальное диагностирование контуров, при наличии большого количества диагностических признаков целесообразно выполнять с использованием диагностической матрицы. Диагностическая матрица в этом случае, составляется на основании исследования влития изменения параметров технического состояния пневмоаппаратов, входящих в состав контура, на величину его диагностических признаков. Анализ диагностических признаков в областях локальных диагнозов ФДХ позволяет оценивать следящие действие и герметичность контура, а быстродействие контура оценивается временем его наполнения и временем опорожнения, при заданной скорости перемещения управляющего органа контура. Временем наполнения контура считается время нарастания давления в контуре, от момента начала воздействия на управляющий орган контура, до момента достижения давлением в исполнительном органе (тормозной камере или цилиндре) 75 % его максимального значения. Временем опорожнения контура считается время от начала обратного перемещения управляющего органа, до достижения величиной давления в исполнительном аппарате 10 % его максимального значения. Для определения нормированных значений диагностических признаков исследуемого контура и выявления их связи с параметрами его технического состояния, разработана математическая модель второго контура МПТП автомобиля КамАЗ 5320. Она составлена на основе разработашюй эквивалентной пневматической схемы (рис. 3). Составлены уравнения газодинамических процессов (табл. 1 и 2). На схеме рис. 3 позициями обозначены: 1 - двухсекционный тормозной кран (ДСТК), 2 - регулятор тормозных сил (РТС). Внутренние полости ДСТК и РТС обозначены V], У3 и У'3 соответственно. Объем трубопроводов сосредоточен в разветвлении и обозначен У5, а объемы тормозных камер средней и задней осей У6, У7, У8, V,. Р,х1 - давление на входе в кошур; Р0 - атмосферное давление; Р,, Р2, Р3, Р4, Рз, Рб, ?7> Р? - давления на участках схемы.

Клапаны с переменным сечением обозначены: - клапан верхней секции ДСТК, работающш! на наполнение контура; - атмосферный клапан ДСТК, работающий на его опорожнение; //Д - клапан РТС, работающий на наполнение тормозных камер колес задней тележки; Цо£о2 - атмосферный клапан РТС, работающий на их опорожнешге. Трубопроводы представлены местными сопротивлениями с постоянным сечением и на схеме обозначены:

/¿А, //А, мЛ, //А, /'А-

Уравнения, описывающие газовую динамику наполнения и опорожнения контура привода тормозных механизмов колес задней и средней осей представлены в таблицах 1 и 2. В верхней части таблицы показаны уравнения газодинамических процессов при наполнении тормозных камер колес задней и средней осей. Уравнение изменения давления на выходе ДСТК Р, опи-

»и, t>-

ум

-ф

(MÍ)

V, ,

р2

Т-

шмдиеуш!

(CjSi^r

.Ьу-

k

сывает процесс наполнения внутренней полости ДСТК V, через клапан с переменным сечением Наполнение объема трубопровода на участке «ДСТК - РТС» У2, а также объема внутренней полости РТС У3 через дроссель постоянного сечения описывается уравнением изменения давления на входе в ф РТС Р2.

) Процесс напол-

• нения внутренней по-

лости РТС с объемом У'з через клапан с переменным сечением р^з, описывается уравнением изменения давления на выходе РТС Р3. Наполнение участка трубопровода «РТС - Разветвление», имеющего объем У4, через дроссель с постоянным сечением /¿А, описывается уравнением изменения давления Р4 на входе в разветвитель. Заполнение объема на участке разветвления У5 описывается уравнением изменения давления на выходе разветвления Р5. Тормозные камеры объемами У„ (с учетом объемов трубопроводов на участке от разветвления до камер), заполняются через дроссели постоянного сечения и описываются уравнением изменения

давления на входе в тормозные камеры Р„,

Опорожнение контура привода тормозных механизмов колес задней и средней осей производится через два атмосферных клапана, имеющих переменные сечения. На участке «РТС - ДСТК», через атмосферный клапан ДСТК с сечением //0Л)/. На этом участке опорожняются внутренняя полость ДСТК

Р>

<МА)

Рис. 3 Эквивалентная пневматическая схема контура привода тормозных механизмов колес задней и средней осей МПТП автомобиля КамАЗ.

Таблица 1

Уравнения газодинамических процессов при наполнении контура привода тормозных механизмов колес задней и средней осей МПТП

автомобиля КамАЗ.

Пневмо-аппарат контура Место Уравнение газовой динамики

ДСТК вход Р>*1

выход dP 1 kfiiS iv*pPen Peri- Pi dt V i BiP<>,-Pi

РТС вход dP , _ k/s .S ¡v,P P , i P , - P , dt (V : + V ,) В :P , - P :

выход dP > _ км >S ,v.„P 2 i P 2 - P , dt V, В ,P 2~ P ,

Разветвле-ение вход d P 4 __ k/J 4S 4V,pP 3 i Рз- Pi dt V 4 В 4P 3 - P 4

выход dP! kU4S4V.pP 4 . P4-P5 --= —-----A --— dt V 5 В sP 4 - P s

Тормозные камеры вход dPn _ kjUrSr,vKPP 4 i} Ps-P„ dt Vn BnPs ~ Pn

Таблица 2 Уравнения газодинамических процессов при опорожнении контура привода тормозных механизмов колес задней и средней осей МПТП автомобиля КамАЗ.

Пневмо-аппарат контура Место Уравнение газовой динамики

ДСТК атмосферный выход dPai kuoiSoiVxpPi , P1 — P0 --=-----— - -A --------+ dt V, B,-P,-Po | kn*Siv,pP2 P2-P1 (V.' + Vs) ' B2-P2-P /

РТС атмосферный выход dP 42 кц 02S 02V, p P 3 Pt— Pa

dt V' 3 ' В 3 P 3 - P „ ku 4S 4V, p P 4 , P 4 - P 3 + —----A --+ V 4 В 4 P 4 ~ P 3 ku 4S 4V< p P S . P 5 - P 4 + _c-4--A --+ V 5 В 4P 5 - P 4 kfi»S*v.pP, { Pn - P s Vf BnP„ - P 5

объемом V], участок трубопровода «РТС - ДСТК», объемом Уг и внутренняя полость РТС, объемом У3. Таким образом опорожнение на участке «РТС -ДСТК» происходит согласно уравнения изменения давления Р0, на выходе двухсекционного тормозного крана. Опорожнение тормозных камер колес задней и средней осей объемом V,,, разветвления и участка трубопровода «разветвление - РТС», объемом У5, внутренней полости РТС, с объемом У'3, происходит через атмосферный клапан РТС с переменным сечением /^Аг, согласно уравнению изменения давления Р02• Анализируя вышеизложенное, необходимо отметить, что такие параметры как: изменяющиеся объемы внутренних полостей пневмоаппаратов, изменяющиеся сечения клапанов, коэффициенты расхода и т.д. функционально связанны с координатами перемещения их подвижных элементов. Для их определения требуется знать координаты перемещений всех подвижных элементов пневмоаппаратов, входящих в состав контура. Для этой цели разработаны уравнения динамики перемещения подвижных элементов пневмоаппаратов, входящих в состав контура. Для этого, разработаны расчетные схемы двухсекционного тормозного крана, регулятора тормозных сил, тормозных камер и на основе принципа Даламбера составлены дифференциальные уравнения, описывающие динамику перемещения подвижных элементов ДСТК и РТС. Для исследования влияния работы тормозных камер на выходные характеристики контура, разработано математическое описание изменения объемов тормозных камер, в зависимости от давления на входе и полного хода штока. При наполнении тормозных камер, изменение

объема описывается выражением (3), а при опорожнении - выражением (4): -------,-------------- <3>

(Р-А, + 1)(Аг' ~Аз'

ГГ ГГ V П1Х

-----г--------- (4)

/о ^ , м (А* ■ У«' ~ Лз ■ V«,) ( '

(Р ■ А I + 1) ' '

-(С1-Р* + С2-Р*+С3-Р'+С<-Р+С5 где: Vтх - максимальный объем тормозной камеры при заданном ходе штока и входном давлении Р — 0,8 МПа; Р - давление на входе в тормозные камеры; А ¡, А 2, А 3, А 4, С,, С 2, С 3, С 4, С 5 - постоянные коэффициенты.

В третьей главе приведено описание разработанного диагностического оборудования дня реализации динамического метода дифференциального ди-"ашостиропания контуров 11111 автомобилей и проверки адекватности разработанной математической модели. Изложены общая и частная методики экспериментальных исследований изменения и связи диагностических признаков с параметрами технического состояния контура ПТТ1, выбор режимов диагностирования, а также методика нормирования диагностических признаков. Основу разработанного диагностического оборудования составляет компьютерный диагностический комплекс, структурная схема которого представлена на рис. 4. Позициями на рис. 4 показаны: 1 - пневматический блок комплекса, 2 -контрольно - измерительный блок комплекса, 3 - диагностируемый контур.

Компьютерный диагностический комплекс имеет следующие технические характеристики:

1. Компьютер: Pentium 133 с монитором 13" с системным блоком, имеющим жесткий диск емкостью 2,5 Гб, процессором Intel Pentium ММХ -133 МГц, имеющем ОЗУ -16 Мб и кэш памятью - 512 Кб.;

2. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП): L - 154, имеющий 16 входных дифференциальных каналов, максимальная частота преобразования 70 кГц, диапазон измеряемого входного сигнала от 0 до 5,12 В;

3. Система измерения давления:'мембранные датчики типа Д-10М с диапазоном измерения давления от 0 до 1 МПа;

4. Система измерешы времени: измеритель времени, диапазон измерения времени перемещения рабочего органа в диапазоне от 0 до 99 е.;

5. Система измерения угла поворота управляющего органа: датчик СПЗ-12 типа (А). При совместной работе со схемой вторичного преобразователя «сопротивление - напряжение», диапазон измерения угла поворота от 0°до 50°;

6. Тестовый режим диагностирования обеспечивается перемещением органа управления от одного крайнего положения до другого, за время от 0,1 до 60 е., при этом обеспечивается расчет и выдержка временных интервалов тестовых режимов в диапазоне от 0,1 до 99 с. (абсолютная погрешность выдержки временных интервалов ± 0,01 с). В главе приведена методика экспериментальных исследований изменения и связи диагностических признаков с параметрами технического состояния контура ПТП. Разработанная методика экспериментальных исследований и экспериментальное оборудование, предназначенные для проверки теоретических предпосылок технического диагностирования контура МПТП, обеспечивают измерение параметров исследуемых процессов с погрешностью не более 3,2%.

Разработана методика проверки адекватности математической модели контура, на основе анализа расчетных и экспериментальных ФДХ, с учетом варьирования значений параметров технического состояния. Оценка адекватности математической модели проводилась статическими методами на основе F - критерия.

Рис. 4 Общая схема компьютерного диагностического комплекса

Методика нормирования параметров технического состояния контура и его диагностических признаков, выполнена на основе метода толерантных границ, разработанного учеными МАДИ.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальной проверки динамического метода дифференциального диагностирования контуров ПТП автомобилей в лабораторных и производственных условиях. Проведена оценка адекватности математической модели второго контура МПТП автомобиля КамАЗ 5320.

Для этого; при помощи разработанного оборудования, получены экспериментальные динамические характеристики второго контура и с использованием разработанного математического описания, получены расчетные динамические характеристики второго контура ПТП автомобиля (рис. 5).

Р,

0,8

0,6 0,4 0,2 0

а б

Рис. 5. Динамические характеристики второго контура ПТП в зависимости от времени: а - экспериментальная; б - расчетная.

Средняя погрешность математической модели контура составила не более 4,7%.

В соответствии с теоретическими предпосылками, получены расчетные фазовые динамические характеристики второго контура МПТП автомобиля КамАЗ 5320.

Далее, с использованием разработанной математической модели проведены экспериментальные исследования изменения и связей диагностических признаков с параметрами технического состояния контура ПТП. Последующий анализ показал, что выявленные в процессе поискового эксперимента изменения параметров технического состояния второго контура МПТП автомобиля КамАЗ 5320, качественно изменяют его ФДХ, образуя диагностические области локальных диагнозов (рис. 6).

Затем, согласно метода наибольших сечений, на участках фазовых динамических характеристик второго контура МПТП были определены диагностические признаки, обладающие наибольшей чувствительностью к

изменениям значений параметров технического состояния контура. Оценка взаимного влияния выявленных диагностических признаков и параметров технического состояния второго контура ГГГП произведена при помощи корреляционного анализа. Выполненный корреляционный анализ позволил подойти более обосновано к установлению функциональных связей диагностических признаков с параметрами технического состояния контура ПТП, которые определялись расчетными методами с применением разработанной модели второго контура.

В процессе расчетов, определялись числовые значения диагностических признаков на каждом участке локальных диагнозов, при изменении значений параметров технического состояния контура. Диапазоны варьирования параметров технического состояния определялись в соответствии с результатами статистической обработки поискового эксперимента. Построены графические зависимости диагностических признаков от параметров технического состояши второго контура ПТП, Так например, на рис. 7 показаны зависимости диагностических признаков от величены упругости резинового элемента ДСТК. Аппроксимация полученных графических зависимостей при помощи метода наименьших квадратов, позволила получить уравнения связей диагностических признаков с параметрами технического состояния второго контура МПТП. Например, для случая снижения величины упругости резинового элемента ДСТК:

Р, = 4,04329 • 10'06 -(Рупр)3 - 0,000332635 (Рупр)2 +

+ 0,000618141 - Рупр + 0,688876889 (5)

Я2 = 0,99427675

где: Р[ - величина давления на входе в контур, при давлении Р„.„ на выходе из него равпом 0,056 МПа; Рупр - величина упругости резинового элемента ДСТК; Я2- величина достоверности аппроксимации.

Рвых = 2,66831 • 10"07 (Рупр)4 - 2,55268 • Ю'05 (Рупр)3 + + 0,000643472 -(Рупр)2 - 0,004656228 • Рупр + 0,313175917 (6)

Я2 = 0,992601338.

где: Р,ьк- величина давления на выходе конгура при давлении на его входе равном 0,3 МПа.

Рис. 6 Фазовая динамическая характеристика второго контура при снижении упругости резинового элемента ДСТК

При помощи полученных уравнений связей диагностических признаков с параметрами технического состояния второго контура, выполнено нормирование диагностических при-

/

/

{

МПа

РупрЛ ¡о

< \

\

\

\

Р] ,МПа

0,1 0.5 К 1,1 Л 0,3 0,4 0.5 0,5 V

а б

Рис. 7 Зависимость величин: а - выходного давления РВЬ1Л (Р, = 0,3 МПа) на фазе сброса управляющего давления; б - входного давления Р, (Р,вд = 0,056 МПа) на фазе увеличения давления во втором контуре; от величины силы упругости Рупр резинового элемента ДСТК в динамике.

дом.

На первом шаге алгоритма производится определение показателей тормозной эффективности автомобилей, поступающих в зону ТО и ТР, при помощи стенда с беговыми барабанами. Далее, в случае необходимости, устраняются нарушения регулировки тормозных механизмов, регулируется

знаков на участках локальных диагнозов и составлена диагностическая матрица (рис. 8). Следящее действие и герметичность второго контура ПТП оце-шпзается на основе диагностических признаков к,, к2, к,, к5, к6, к8, а быстродействие, на основе диагностических признаков к3, к7. Разработан алгоритм (рис. 9), реализующий технологию дифференциального диагностирования контуров ПТП автомобилей динамическим мето-

Контур работо способе Неисправен ДСТК Неисправен РТС Нарушение регулировки РТС

Диаг ноет ические признаки Повыше нио трение верхнего поршня Пов ышенно тр;нне ш ниллей ССКЦХН Сншьена упругость резинового элгмента Повышенно трение большого поршня Порыв диафрагмы Уменьшена длина рычага Увеличена длина рычага

XI Х2 XI Х4 Х5 Х6 Х7 Х8

Максимальное давление

К1 Р1 мах 0 0 -1 -1 0 0 0 0

К2 Р2 мах 0 0 .1 -1 + 1 + 1 -1 + 1

Фага наполнена*

КЗ время наполнен» 0 0 + 1 0 0 + 1 0 0

К4 Р >(при Р2=0) 0 0 0 0 0 0

К5 Р1(при Р2=0.056 МПа) 0 0 -1 •1 0 0 0 0

Кб Р2(при Р1И>,3 МПа) 0 0 + 1 0 О 0 0 0

Фата опорожнения

К7 время опорожнен ия (. 0 + 1 0 0 0 0 0 0

К8 Р2 (при Р1=0.3 МПз) 0 -1 -1 +1 +1 -1 + 1

Рис. 8 Диагностическая матрица второго контура МПТП

Установить диагностируемым автомобиль на стенд с беткымч барабанами

Подготовить стенд и автомобиль к диагностированию

П|юизвсстн измерение тормозных сил, времени торможения по колесам автомобиля и при необходимости осуществить регулировки тормозных механизмов.» свободного и рабочего хода педали тормоза

Подготовить ПТП ав том оби пя и компьютерны!! комплекс к ди«1 тестированию

ГЕ

Осуществить тестовое воздействие ira орган управ -лекия дши'носгируемого контура ИТ 11 и измерить зависимости Pj ~ Г ( t ), Р2 ** ( * )

Построй хь фазовую динамическую характеристику диагностируемого контура Р2 Р! ) , и определить значения диагностических признаков к| .кп

-----г--5--

Определение кодов диагностических ирнинакол К1, К2, ..К„

Сравнивание полученных кодов диагностических признаков К(1> и) с диагностической матрицей А (1, п)

III

Постановка диагноза о соответствии с полученной спрохой X диагностической матрицы А (1, п >

X Диагноз

1 Коктур работоспособен

2,3,4 Неисправен ДСТК

5,<3 Неисправен РТС

7.S Нарушена регулировка РТС

Рис. 9 Алгоритм дифференциального диагностирования контуров МПТП

свободный и рабочий ходы педали тормоза. На втором шаге, производится подготовка ПТП автомобилей, имеющих нарушения нормативных показателей тормозной эффективности к диагностированию при помощи компьютерного комплекса. Подготовка включает в себя процедуру наполнения ресиверов контура сжатым воздухом до нормативных значений, процедуру очистки контрольных выводов привода и подключение к ним комплекта датчиков. Затем, осуществляется подготовка компьютерного комплекса. На третьем шаге осуществляется тестовое воздействие на управляющий орган контура ПТП и измеряются зависимости Р, =/(()• Р*ых ~/(0- Далее строятся ФДХ и определяются значения диагностических признаков кь к2,.. к„ на участках локальных диагнозов. Затем, значения выявленных диагностических признаков сравниваются с допустимыми нормативами, и по результатам сравнения, их кодам присваиваются соответствующие значения. На следующем шаге диагностирования, производится сравнение полученных кодов диагностических признаков с их значениями в столбцах диагностической матрицы. Результатом сравнения является постановка диагноза о состоянии ПТП и в случае неработоспособного состояшм, сообщение о неисправном элементе контура. Разработанный динамический метод дифференциального диагностирования контуров ПТП автомобилей и реализующее его разработанное оборудование прошли производственную проверку на АООТ «Грузовое автотранспортное предприятие № 2» г. Улан-Удэ Республики Бурятия, в период с 1997 по 1998 г., на основании которой проведен анализ технологичности метода.

В пятой главе приведены результаты расчета экономической эффективности динамического метода дифференциального диагностирования при поддержании и восстановлении работоспособности контуров автомобильных пневматических тормозных приводов в условиях эксплуатации сельского хозяйства Расчеты экономической эффективности от внедрения динамического метода диагностирования контуров ПТП автомобилей и реализующего его компьютерного диагностического комплекса подтверждены реальными технико-экономическими показателями, полученными на АООТ «Грузовое автотранспортное предприятие № 2» г. Улан-Удэ Республики Бурятия.

По данным предприятия, экономический эффект от внедрения метода дифференциальной диагностики с применением КДК-1 составляет 37501,17 руб в год (263 автомобилей) или 142,59 руб/авт. Срок окупаемости компьютерного диагностического комплекса для дифференциального диагностирования контуров ТПП составляет 0,25 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основании анализа полученных результатов исследования сделаны следующие выводы:

1. Существующий метод диагностирования пневматического тормозного привода основан на измерении установившегося давления в контрольных точках контуров при заданных статических положениях их органов управления, он позволяет оценивать герметичность и следящее действие контуров, не оценивая их быстродействие, имеет высокую трудоемкость и низкую информативность. Определена возможность разработки высокоинформативного и

оперативного метода дифференциального диагностирования ПТП, на основе поконтурного измерения и анализа его фазовых и временных динамических характеристик.

2. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность оценки работоспособности контура ПТП, а также выявления в его составе неисправных пневмоапиаратов, на основе разработанного динамического метода дифференциального диагностирования. При этом, следящее действие контура оценивается на основе диагностических признаков в области локальных диагнозов, образовашгых его фазовыми динамическими характеристиками. Быстродействие контуров оценивается временем их наполнения и опорожнения.

3. Экспериментально установлено, что наибольшее влияние на функциональные свойства и форму динамических характеристик второго контура ПТП в условиях эксплуатации оказывают: силы трения в сопряжениях пневмоаппаратов, входящих в его состав; изменение упругости резинового элемента ДСТК; нарушения регулировок РТС, увеличение ходов штоков тормозных камер, а также разгерметизация привода и составляющих его элементов. В процессе эксплуатации ПТП, силы трения в подвижных элементах его аппаратов возрастают в 5-11 раз, упругость резинового элемента ДСТК может снижаться до 50%, нарушение регулировок органов управления РТС изменяется в диапазоне 50%. Ходы штоков тормозных камер изменяются в диапазоне от 16 до 46 мм. При этом, время наполнения контура рабочим телом увеличивается на 127 %, время опорожнения более чем в 2 раза.

4. Математическая модель второго контура ПТП, как объекта диагностирования, позволяет получать зависимости давления в его исполнительных аппаратах от величины давления на выходе ДСТК, а также обоих этих параметров от времени, с погрешностью не более 4,7%. Результаты моделирования позволяют устанавливать связи диагностических признаков к); к2, к4, к5, k«, ks (оценивающих следящее действие) и диагностических признаков к3, к7 (позволяющих оценивать быстродействие) с параметрами технического состояния второго Koirrypa ПТП.

5. Разработанный динамический метод дифференциального диагностирования контуров ПТП реализован на основе компьютерного диагностического комплекса. Разработанный алгоритм позволяет выполнять процесс дифференциального диагностирования контуров ПТП в автоматическом режиме на основе диагностической матрицы, содержащей коды диагностических признаков. Наибольшая чувствительность диагностических признаков к изменению параметров технического состояния второго контура ПТП достигается при темпе перемещения управляющего органа ДСТК 98 град/сек.

6. В ходе экспериментально производственной проверки разработанного динамического метода дифференциального диагностирования контуров ПТП выявлены следующие показатели технологичности: средняя оперативная продолжительность 7,8 мин., показатель чувствительности 0,76-0,84, показатель доступности 0,86.

7. Сравнительная технико-экономическая оценка предложенного и существующего методов диагностирования контуров МГГГП показала, что трудоемкость динамического метода в 6 раз ниже существующего метода. Метод снижает величину ошибок первого рода («ложные отказы») с 16,3% до 1,1%, а ошибок второго рода («пропуск отказа») с 9,5% до 0,76%. Годовой экономический эффект от внедрения динамического метода дифференциального диагностирования конгуров МПТП на АООТ ГАПТ - 2 г. Улан - Удэ составил 37501,17 рублей в год.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Балакин В;Д-,, Федотов А.И., Гергенов С.М., Мошкин Н.И. Исследование рабочих процессов в пневмоаппаратах многоконтурного тормозного привода с целью их функциональной диагностики И Проектирование, эксплуатация, эколошчность и безопасность подвижного состава: Междунар. науч.-практич. конф.: Тезисы докладов / Омск, 1996. - С. 105-107.

2. Федотов А.И., Гергенов С.М., Крушинский A.M., Мошкин Н.И. Выборочная статистика неисправностей аппаратов пневматического тормозного привода // Сб. научн. статей / ВСГТУ, Улан-Удэ, 1995. - С. 146-149.

3. Федотов А.И., Гергенов С.М., Крушинский A.M., Мошкин Н.И. Диагностирование аппаратов МПТП автомобилей на основе теории распознавания образов // Сб. научн. статей / ВСГТУ, Улан-Удэ, 1995. - С. 150-152.

4. Федотов А.И., Гергенов С.М., Крушинский A.M., Мошкин Н.И. Экспериментальный комплекс для диагностики аппаратов пневматического тормозного привода // Сб. научн. статей / ВСГТУ, Улан-Удэ, 1995. - С. 152-153.

5. Федотов А.И., Мошкин Н.И. Измерительный комплекс для исследования тормозных качеств автомобиля // Сб. научн. статей. Серия: Технические науки - Выпуск 5 / ВСГТУ, Улан-Удэ, 1998. - С. 63-69.

6. Федотов А.И., Мошкин Н.И., Тихов-Тинников Д.А. Моделирование работы ускорительного клапана пневматического тормозного привода автомобиля с целью его диагностирования // Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники в условиях Восточной Сибири Сб. научн. статей / ИрГСХА, Иркутск, 1998. - С. 232-244. -

V

Подписано в печать 17. 11. 1998 г. Формат 60 X 84 1/16. Усл. п. л. 1,16, уч. - изд. J1. 0,8. Тираж 100 экз. С. 146

РИО ВСГТУ. Улан - Удэ, Ключевская 40, а.

Отпечатано в типографии ВСГТУ. Улан - Удэ, Ключевская, 42.

©ВСГТУ, 1998 г.

%г /

' "/у

РУ

Г' Л?

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации Иркутская государственная сельскохозяйственная академия

На правах рукописи

МОШКИН Николай Ильич

ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КОНТУРОВ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТОРМОЗНОГО

ПРИВОДА АВТОМОБИЛЕЙ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.03. - Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Федотов А. И.

Иркутск, 1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................... 4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ...........................8

1.1. Диагностирование сложных объектов.............................................................8

1.2. Анализ пневматического тормозного привода

как объекта диагностирования...................................................................... 11

1.3. Состояние технической диагностики пневматического

тормозного привода автомобилей...................................................................18

1.4. Использование компьютерной техники для

автоматизации процессов диагностирования ПТП........................................22

1.5. Поисковый эксперимент по выявлению и статистической

оценке параметров технического состояния второго контура ПТП..............24

1.6. Выводы.............................................................................................................31

1.7. Задачи исследования.......................................................................................32

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО МЕТОДА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ КОНТУРОВ ПТП.......................33

2.1. Теоретическое обоснование диагностических признаков технического состояния контура ПТП.......................................................................................33

2.2. Выбор метода распознавания состояния контура........................................38

2.3. Математическая модель контура пневматического

тормозного привода.........................................................................................43

2.3.1. Структурная схема и описание второго контура ПТП................................43

2.3.2. Теоретические предпосылки моделирования

газодинамических процессов контуров ПТП..............................................46

2.4. Определение динамики перемещения подвижных элементов пневмоаппаратов входящих в состав контура................................................55

2.5. Выводы...........................................................................................................71

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.................... 72

3.1. Компьютерный комплекс для дифференциального

диагностирования контуров ПТП...................................................................72

3.2 Метрологические характеристики измерительных систем комплекса.......81

3.2.1. Система измерения давления....................................................................81

3.2.2. Система измерения угла поворота управляющего органа..........................83

3.2.3. Система АЦП.................................................................................................83

3.3. Методика экспериментальных исследований изменения и связи диагностических признаков с параметрами

технического состояния контура ПТП............................................................86

3.4. Методика проверки адекватности математической модели контура............96

3.5. Методика нормирования диагностических признаков..................................97

3.6. Выводы...........................................................................................................101

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ....................103

4.1. Оценка адекватности математических моделей...........................................103

4.2. Экспериментальные исследования изменения и связей диагностических признаков с параметрами технического

состояния контура ПТП................................................................................109

4.3. Алгоритм метода дифференциального диагностирования

контура ПТП...................................................................................................130

4.4. Анализ технологичности метода дифференциального диагностирования контура ПТП...................................................................................................135

4.5. Выводы.........................................................................................................139

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕТОДА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

КОНТУРОВ ПТП..............................................................................................141

6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.................................................................................148

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.........................................151

ПРИЛОЖЕНИЯ .............................................................................................168

ВВЕДЕНИЕ

В транспортном процессе агропромышленного комплекса Российской Федерации важная роль отводится большегрузному автомобильному транспорту. Им перевозится основной объем грузов [64]. С обновлением парка, все более широкое применение находят автомобили, оснащенные многоконтурным пневматическим тормозным приводом (МПТП) [62, 63].

По данным министерства сельского хозяйства и продовольствия Бурятии [64], на начало 1997 г. , в АПК республики в сельской местности эксплуатируется 9510 автотранспортных средств с пневматическим тормозным приводом (ПТП), 44 % из которых составляют автомобили, оснащенные сложным МПТП.

Увеличение автомобильного парка и повышение сложности АТС не повлекло за собой качественного изменения структуры основных производственных фондов автотранспортных предприятий республики. Ухудшение общей экономической обстановки в стране, привело к ослаблению производственно технологической базы (ПТБ) АТП и РТП. Следствием неудовлетворительного состояния ПТБ стало уменьшение коэффициента технической готовности транспортных средств и обострение проблемы безопасности дорожного движения [157]. Так, из-за неисправностей АТС, только в 1995 г. в стране было совершено 2436 дорожно-транспортных происшествий (ДТП) [62, 63], в которых было ранено 2984 и погибло 516 человек. Увеличение первых двух приведенных показателей аварийности по сравнению с 1991 г. составило, соответственно, 6.9 % и 12.7 %. По оценкам экспертов, суммарный ущерб от ДТП за один 1996 год составил около 16 триллионов рублей в ценах 1 квартала 1997 года. При этом около трети ДТП произошло из-за отказов тормозных систем автомобилей. По приведенной статистике [62, 63] в пятерке самых неблагополучных регионов страны находится республика Бурятия. В этой связи, в соответствии с целью и задачами федеральной целевой программы повышения безопасности дорожного движения в России на 1996-1998 гг. [157], большую актуальность приобретают вопросы обеспечения работоспособности тормозных систем

большегрузных АТС в процессе эксплуатации.

С целью обеспечения существующих требований, регламентируемых международными Правилами N 13 ЕЭК ООН и государственными стандартами РФ [42, 48, 55] пневматический тормозной привод автомобиля разделен на отдельно функционирующие контуры. В современном автомобиле число контуров ПТП доходит до пяти. Причем контуры ПТП представляют сложные системы, состоящие из большого числа пневмоаппаратов. Так, в автомобиле-тягаче число пневмоаппаратов превышает несколько десятков единиц, а в составе автопоезда - свыше семидесяти. Важным фактором обеспечения работоспособности МПТП автомобиля в период эксплуатации, является техническая диагностика [149, 150, 152].

За последние 10-15 лет в мире разработаны различные варианты встроенных, переносных и стационарных средств диагностирования контуров МПТП [60, 69, 91, 104, 121, 154, 177 и др.]. В основу работы перечисленных средств технического диагностирования контуров МПТП положен статический метод дискретного измерения величин их выходных параметров (чаще всего, давления сжатого воздуха) при заданных дискретных значениях перемещений управляющих органов в установившихся режимах. В результате диагностирования оцениваются только следящее действие и герметичность контуров, без учета их быстродействия.

Опыт эксплуатации автомобилей с МПТП показывает, что из-за недостаточной информативности существующего метода и его высокой трудоемкости, в автохозяйствах, ремонтно-технических и автотранспортных предприятиях агропромышленного комплекса при диагностировании контуров МПТП, автомобили могут простаивать до двух суток в поисках неисправности.

Таким образом, назрела необходимость в достоверном и оперативном динамическом методе дифференциального диагностирования контуров МПТП.

Анализ научных исследований и разработок в области дифференциальной диагностики контуров МПТП показал, что данные вопросы изучены достаточно слабо.

На основании вышеизложенного, разработка оперативного и достоверного метода дифференциального диагностирования контуров МПТП имеет актуальность и экономическую целесообразность. В связи с этим, целью настоящей работы является повышение эффективности и снижение трудоемкости при поддержании и восстановлении работоспособности контуров автомобильных ПТП в условиях эксплуатации сельского хозяйства на основе динамического метода их дифференциального диагностирования.

Работа выполнена в 1994-1998 г.г. на кафедре «Автомобили» ВосточноСибирского государственного технологического университета, в соответствии с тематикой научно-исследовательских работ, связанной с разработкой методов и средств функциональной диагностики автомобилей, с учетом региональное™ их использования, и отвечает целям и задачам федеральной целевой программы «Повышение безопасности дорожного движения в России" на 1996-1998 годы» [206].

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1. Динамический метод дифференциального диагностирования контуров ПТП автомобилей.

2. Математическое описание изменения объемов тормозных камер диа-фрагменного типа в зависимости от давления на их входе и полного хода штока.

3. Математическая модель второго контура МПТП автомобиля КамАЗ 5320 как объекта диагностирования, учитывающая его основные функциональные свойства (следящее действие и быстродействие) и позволяющая устанавливать связи диагностических признаков контура с параметрами технического состояния.

4. Уравнения связей диагностических признаков второго контура МПТП автомобиля КамАЗ 5320, с параметрами его технического состояния.

5. Алгоритм, и режимы дифференциального диагностирования контуров ПТП, позволяющие оперативно оценивать их герметичность, следящее действие и быстродействие. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ:

Разработанный автором динамический метод дифференциального диагностирования контуров ПТП автомобилей и реализующие его диагностическое оборудование могут использоваться:

- на станциях и постах диагностики АТП, РТП, имеющих автомобили с ПТП;

- на предприятиях, выполняющих сервисное техническое обслуживание автомобилей с ПТП;

- в центрах и постах инструментального контроля ГИБДД, выполняющих ежегодный инструментальный контроль автомобилей с ПТП.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ:

Разработанные динамический метод и комплекс дифференциального диагностирования контуров ПТП одобрены на заседании НТС Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия, прошли производственную проверку и внедрены в технологический процесс АООТ «Грузовое автотранспортное предприятие № 2» г. Улан-Удэ Республики Бурятия. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ:

Материалы исследований докладывались на международной научно-практической конференции "Город и транспорт" в г. Омске в 1996 г., на научно-технических конференциях ИрГСХА в г. Иркутске в 1997-1998 г.г., на заседаниях кафедр ЭМТП ИрГСХА (г. Иркутск) и «Автомобили» ВСГТУ (г. Улан-Удэ) в 1994-1998 гг., на научно-технических конференциях ВСГТУ в г. Улан-Удэ в 1994-1998 г.г. ПУБЛИКАЦИИ:

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ [14, 162-166] общим объемом 1,92 условных печатных листа. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ

1.1. Диагностирование сложных объектов Общие положения

Постоянное развитие технического прогресса, приводит к появлению все более эффективных и сложных машин в эксплуатации которых, важную роль занимает процесс диагностирования. Основное назначение технической диагностики состоит в повышении надежности объектов на этапе их эксплуатации, а также в предотвращении производственного брака на этапе изготовления машин и их составных частей. В связи с этим, происходит постоянное совершенствование средств и методов технической диагностики.

В развитие теории технической диагностики внесли свой вклад такие исследователи как: Аринин И. Н. [7], Аллилуев В.А. [5], Биргер И.А. [19], Веденя-пин Г.В. [23, 24], Верзаков Г.Ф. [26], Иофинов С.А. [83], Михлин В.М. [109 -113], Мозгалевский А. В. [114, 115], Пархоменко П.П. [120], Сергеев А. Г. [135], Терских И.П. [188-194], Клюев В. В. [152] и другие.

Повышению эффективности эксплуатации сельскохозяйственной и автомобильной техники, появлению новых методов и средств ее технического диагностирования в немалой степени способствовали такие исследователи, как Ар-тюнин А.И. [10,11], Борц А.Д. [21], Говорущенко Н.Я. [36, 37], Головных И.М. [39], Колчин А. В. [88], Лившиц В.М. [97, 98, 99], Мирошников Л.В. [106, 107, 108], Сергеев А.Г. [135, 136], Кузнецов Е. С. [149], Крамаренко Г.В. [150], Уп-кунов Ю.Н. [156], Харазов А. М. [168, 169] и многие другие.

Решение задач диагностирования машин, обеспечивается путем установления отклонений параметров ее работоспособности от допустимых значений. Для этого, осуществляются тестовые воздействия на объект диагностирования (ОД) [7, 45, 167]. Далее, оператор получает информацию о реакции объекта на

тестовые воздействия. Затем на основе анализа полученной информации, регистрирует значения диагностических параметров и делает заключение о техническом состоянии ОД с указанием, при необходимости места, вида, и причины дефекта. Используя полученную информацию, оператор может определять остаточный ресурс ОД, в случае его исправного состояния.

Определение технического состояния машины может осуществляется как на основе параметров технического состояния, характеризующих работоспособность машины (геометрические размеры, зазоры в сопряжениях, силы трения и т. д.) [21,44, 109, 114], так и на основе диагностических параметров, характеризующих техническое состояние машины, функционально связанных с параметрами технического состояния [21, 109, 114].

В процессе диагностирования не всегда возможно прямое измерение параметров технического состояния. Это связанно как правило с частичной или полной разборкой элементов машины. Поэтому, в большинстве случаев диагностирование технического состояния сложных объектов производится при помощи диагностических параметров. В свою очередь диагностические параметры различаются на параметры рабочих процессов [150, 151] функциональные параметры [142], характеризующие основные свойства работоспособности машины, параметры сопутствующих процессов и геометрические (структурные) параметры.

Наиболее информативными, при оценке работоспособности ОД являются функциональные параметры, имеющие связь со многими параметрами технического состояния. Это позволяет выделить их в разряд обобщенных диагностических параметров (ОДП) [142]. Часто работу машины можно представить как прямой процесс, обратный процесс, а также процесс выдержки между прямым и обратным процессами. Прямой процесс включает в себя выполнение рабочего хода исполнительных механизмов, осуществляющих основную функцию машины, а обратный процесс включает в себя возврат исполнительных механизмов в исходное состояние, выключение машины и т. д. При таком подходе функцио-

нальные параметры образуют диагностические сигналы в виде выходных характеристик (давления, напряжения, силы тока и т. д.) несущие большой объем диагностической информации о техническом состоянии машины.

Получение и обработка этой информации могут быть реализованы различными методами и средствами диагностирования. В технической диагностике [1, 7, 19, 28, 36, 37, 68, 98, 99, 106, 110, 117, 120, 139, 144, 152] как правило выделяют два вида методов диагностирования, статические и динамические.

Статические методы диагностирования подразумевают определение диагностических параметров при заданных дискретных положениях управляющих органов машины в установившемся режиме. Примером статического метода диагностирования может являться измерение давления в системе смазки двигателя автомобиля при заданной частоте вращения его коленчатого вала.

Не смотря на очевидную простоту и невысокую стоимость, статические методы получили ограниченное применение в современной науке и технике по причине того, что они не позволяют оценивать изменения диагностических параметров динамических объектов при наиболее характерных режимах их функционирования. Этого недостатка лишен другой метод диагностирования - динамический.

Динамический метод диагностирования основан на измерении диагностических параметров при функционировании ОД на переходных режимах. Он позволяет оценивать быстродействие ОД и характер изменения его функциональных свойств. Широкое развитие в технике, динамические методы получили благодаря работам таких исследователей как: Лившиц В.М. [97-98], Михлин В.М. [109-113], Мозгалевский А. В. [114, 115], Сергеев А. Г. [136] и [5, 7, 1417, 18, 19,