автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Комплексный контроль технического состояния ДВС по параметрам переходных режимов

ОЛЬШЕВСКИЙ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

КОМПЛЕКСНЫЙ КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ две ПО ПАРАМЕТРАМ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК-2005

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет».

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент

Федюнин П.И.

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Лившиц В.М.

кандидат технических наук, доцент

Долгушин А.А.

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

Сибирский физико-технический институт аграрных проблем (ГНУ СибФТИ)

Защита диссертации состоится 11 мая 2005 г. в 12ш часов на заседании диссертационного совета Д 220 048.01 в ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета: 630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «11» апреля 2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Гуськов Ю.А.

тот

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В процессе эксплуатации двигатель внутреннего сгорания (ДВС) требует значительных материальных и трудовых затрат на техническое обслуживание и текущий ремонт, которые во много раз превышают его первоначальную стоимость.

На долю дизельных двигателей приходится 30 - 70% отказов мобильной техники и 40 - 60% времени на их устранение. Примерно у 85 % тракторных двигателей номинальная мощность ниже, а расход топлива выше, чем это определено техническими условиями на двигатель. У большинства тракторных и комбайновых двигателей, поступающих в эксплуатацию после ремонта, неравномерность подачи топлива по цилиндрам 6 - 10 %. Неудовлетворительная работа топливной аппаратуры повышает риск отказов дизельных двигателей на 20-40 %.

Трудоемкость диагностирования тракторов по-прежнему остается высокой и составляет примерно 40% трудоемкости технического обслуживания. При этом 60 - 80% операционной трудоемкости приходится на вспомогательную трудоемкость: постановку и снятие с трактора дополнительных приборов и датчиков, отсоединение и присоединение отдельных узлов и т.д.

Из существующих методов диагностирования наиболее предпочтительным, с точки зрения трудоемкости, оперативности и информативности, является динамический метод. Однако данный метод реализован рядом обособленных способов и, соответственно, комплексом узкоспециализированных приборов, что значительно снижает эффективность процесса диагностирования.

В связи с этим разработка новых способов и технических средств, базирующихся на компьютерных информационных технологиях и реализующих динамический метод диагностирования, а также создание алгоритма и технологии диагностирования, объединяющих разработанные методы и способы, является актуальной задачей.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ГНУ СибФТИ 06.11 «Разработать методы информационного обеспечения автоматизированных технологических комплексов экспертизы и управления состоянием сельскохозяйственной техники (АТК ЭУ)», номер государственной регистрации 01.200.20.25.25, в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» по теме «Исследование переходных режимов двигателей внутреннего сгорания. Комплексная диагностика дизельных двигателей», номер государственной регистрации 01.200.201130.

Цель исследования. Обосновать и разработать способы и средства комплексного контроля состояния ДВС на переходных режимах, позволяющих снизить трудоемкость диагностирования в условиях эксплуатации.

Объект исследования - процесс контроля технического состояния ДВС на переходных режимах разгона и выбега в условиях эксплуатации.

Предмет исследования - закономерности, связывающие диагностические параметры со структурными параметрами технического состояния ДВС.

Рабочая гипотеза:

• Повышение эффективности диагностирования можно достичь за счет компенсации составляющей, вносящей погрешность измерения углового ускорения;

• Создание единого алгоритма диагностирования на переходных режимах базируется на современных компьютерных технологиях.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

• уточнены зависимости, связывающие составляющие углового ускорения коленчатого вала в переходных режимах с цилиндровыми мощностями в цикле его работы;

• получены закономерности, отражающие влияние различных факторов, при комплексном диагностировании двигателя на переходных режимах;

• разработан единый алгоритм комплексного диагностирования ДВС на переходных режимах.

Практическая значимость. Разработанный способ, уточняющий диагностирование неравномерности распределения мощности по цилиндрам, и алгоритм комплексного диагностирования позволяют: выполнить углубленную экспертную оценку общего технического состояния ДВС, а также отдельных его элементов; дает возможность своевременного осуществления регулировок систем двигателя и повысить его технический ресурс; снизить трудоемкости диагностирования, и улучшить санитарно-гигиенические условия труда эксперта-диагноста. Результаты исследования использованы в измерительной экспертной системе двигателя Сибирским физико-техническим институтом аграрных проблем (ГНУ СибФТИ). Разработанная технология комплексного контроля технического состояния ДВС на переходных режимах внедрена в учебном процессе на кафедре «Автомобили и тракторы».

Апробация работы. Основные полжения диссертационной работы доложены и одобрены: на международной научно-практической конференции «Механизация сельскохозяйственного производства в начале XXI века» (Новосибирск, 2001 г.); на международной научно-практической конференции «Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства» (Новосибирск, 2003 г.); на международной научно-практической конференции «Агроинженер-ная наука - итоги и перспективы» (Новосибирск, 2004г.).

Публикации: Материалы, отражающие основное содержание диссертационной работы, опубликованы в 6 печатных работах в том числе 1 патенте РФ на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Содержит 142 страниц машинописного текста, 14 таблиц, 56 рисунков и приложение. Список использованной литературы включает 144 наименований отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан анализ изменения основных параметров автотракторных двигателей в эксплуатации, методов и средств диагностирования технического состояния ДВС.

Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники является актуальной задачей. Исследованиями закономерностей изнашивания деталей машин и автотракторной техники в процессе эксплуатации занимались многие ученые Ф.Н. Авдонькин, Ц.Б. Гурвич, Р.В. Кугель, В.Ф. Лоренц, В.Ф. Михлин, И.А. Мишин, A.C. Проников, Ц.Б. Тартаковский, М.М. Тененбаум, М.М. Хрущев и другие. Основы технического обслуживания и ремонта заложены в трудах В.Г. Веденяпина, В.В. Ефремова, С.А. Иофинова, В.И. Казарцева, Ю.К. Кир-тбая, И.С. Левитского, А.И. Селиванова, И.Б. Ульмана. Научные основы технической диагностики и рекомендации по диагностированию двигателей разработаны А.Г. Акчуриным, В.И. Виноградовым, Н.Я. Говорущенко, Н.С. Ждановским, A.B. Николаенко, В.М. Михлиным, Б.В. Павловым, И.П. Терских, Б.А. Улитовским и другими учеными.

Анализ литературы показал, что одной из основных причин ухудшения показателей работы двигателей является неравномерность работы цилиндров, которая приводит к ухудшению индикаторных показателей на 4 - 15% и увеличению цикловой подачи на 5 - 8%, к возрастанию температуры выпускных газов на 40 — 45°. Это приводит к неравномерному износу деталей и сокращению ресурса двигателя. По данным ЛСХИ, 30 - 60% обследованных двигателей имели неравномерность, превышающую допустимый уровень. Из 400 обследованных плунжерных пар на предприятиях г. Новосибирска и области 62 % имели предельно изношенное состояние вследствие абразивного изнашивания.

Проблема снижения неравномерности рабочих процессов и изнашивания в одноименных, кинематически связанных элементах ЦПГ, КШМ, ГТМ, плунжерных парах ТНВД, зубчатых зацеплений представляет наибольший теоретический и практический интерес для специалистов заводов-изготовителей автотракторной техники и предприятий, её эксплуатирующих. По данным СГТУ, разность степени сжатия на 0,1 единицы вызывает различия в значениях интенсивности износа цилиндров на 2 - 3%. В дизельных и мощных карбюраторных двигателях отклонения степени сжатия по отдельным цилиндрам могут быть выше 0,6. По данным Владимирского тракторного завода реальная геометрическая степень сжатия в новых ДВС находится в пределах 15,5 - 17,6, причем только у 60% дизелей она составляет наиболее желаемую величину 16,5 -17,0.

Применительно к двигателю 8ЧН 12/12 (КамАЭ-7403), у которого технические условия на изготовление деталей КШМ более жесткие, фактические значения геометрических параметров по объемам камер сгорания и степени сжатия между цилиндрами превысили 3%, а по углам поворота коленчатого вала ми5уВМГ-1%.

Результаты предварительных экспериментов по определению коэффициента неравномерности распределения мощности по цилиндрам показали, что несправные цилиндры при работе оказывают влияние на диагностическую информацию, отражающую работу смежных по работе цилиндров. Это отмечается в

работе Добролюбова И.П. при сравнении результатов измерений методом отключения цилиндров и методом электронного выделения. Разработанная диагностическая модель оценки неравномерности распределения мощности по цилиндрам по разности угловых ускорений, измеренных в разгоне в интервале между моментами впрысков в контролируемый и в последующий цилиндры и на выбеге в том же интервале не учитывает влияние низкочастотных гармоник внутри цикла двигателя, возникающих от работы неисправных цилиндров. Поэтому предлагается уточнить данную теоретическую модель с экспериментальной проверкой данной гипотезы.

Разработка и внедрение безразборных методов и технических средств определения эксплуатационных характеристик ДВС по переходным процессам является важнейшей задачей.

Патентные исследования, анализ научно-технической информации, исследования технического уровня и тенденций развития способов и устройств для измерения параметров ДВС, показывают, что разработанный в СибИМЭ динамический метод диагностики автотракторных двигателей совершенствуется работами в СибИМЭ, СПГАУ, ГОСНИТИ, СГТУ.

Исследованиям в области динамического метода посвящены работы В.А. Змановского, Вик.А. Змановского, В.М. Лившица, А.Т. Клейн, Д.М. Воронина, JI.B. Дролова, И.П. Добролюбова, A.A. Моносзона, C.B. Самойлова, Ю.Г. Радчен-ко, В.Ф. Синиего, В.И. Кочергина, К.Ю Скибневского, A.B. Колчина, В.А. Чечет, И.П. Терских, A.C. Гребенникова, A.A. Отставнова и др.

Появление электронных приборов по каждому способу диагностирования привело к снижению эффективности использования динамического метода. Положение усугубляется тем, что соответственно увеличивается число калибровочных и регулировочных операций, а также инструкций для принятия решения по результатам контроля.

На основании проведенного анализы и поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:

• Выявить закономерности, обеспечивающие более достоверное диагностирование неравномерности работы цилиндров;

• Выявить закономерности, связывающие методы и способы диагностирования на переходных режимах в единый алгоритм с учетом применения современных информационных компьютерных технологий;

• Разработать технологию комплексного диагностирования с применением предлагаемого способа и технические требования на проектирование средств для его реализации;

• Провести производственную проверку и оценить технико-экономическую эффективность технологии диагностирования с применением разработанных средств.

Во второй главе рассматриваются закономерности, связывающие цилиндровые мощности с диагностическими сигналами (угловое ускорение е и скорость со) при влиянии параметров технического состояния двигателя, обосновывается алгоритм извлечения диагностической информации, уточняется диагностическая

модель переходных процессов.

В режиме свободного разгона угловое ускорение (рис. 1) коленчатого вала определяется зависимостью:

1 [,у ^Я

= — {м? + М,г - Мт - МТ)> (1)

где МИн - инерционная составляющая крутящего момента: Мин = а2 ;

(1<р

М^ , М[ компрессионная и газовая составляющие

тп=] т=1 т~1

где - угол сдвига по фазе между инерционными составляющими, зависящий от конструктивного расположения кривопшпно-шатунных механизмов.

Рис 1. Выделение ускорения отдельного цилиндра

Полное ускорение е содержит следующие составляющие: компрессионную ек, газовую £/, инерционную еин и трения ет. При этом составляющие ек и с1 образуются путем суммирования ускорений от каждого отдельного цилиндра, смещенных относительно друг друга по углу п. к. в. согласно их конструктивного расположения в соответствии со сдвигом £„. Ускорение коленчатого вала, вызванное работой одного цилиндра (ускорением цилиндра, £,,) содержит составляющие:

+ (3)

Следовательно, если обеспечить разделение полного ускорения коленчатого вала ДВС на отдельные составляющие для каждого из цилиндров в разгоне и выбеге, то по ним можно оценить неравномерность работы цилиндров, а в выбеге при низких частотах вращение - герметичность отдельных цилиндров.

Алгоритм извлечения диагностической информации о поцилиндровых

мощностях в окрестности требуемой частоты вращения п = Ю] имеет вид:

Nan=Mem(OJ =JдSmCi}J•, (4)

Ne=MeCOJ -JдCl)J£ = Jдй)J2^Em', (5)

т-1

где черта сверху означает скользящее усреднение по времени или по углу п. к. в. в течении цикла работы двигателя.

Так же, как и в переходном режиме, по неравномерности вращения можно определить полную мощность и ее распределение по цилиндрам в стационарном режиме под нагрузкой. При этом под нагрузкой среднее значение ускорений равно нулю.

Переменная составляющей ускорения ег в этом случае определяет М, и N.. С ростом Р, увеличивается размах составляющей ег.

Определив среднее значение £ г, можно оценить полные индикаторные моменты и мощность двигателя

М, \егсИ=^-]егй<р = К~ег ; (ю)

о 4л"о о

N. = Ми, = ^)ег<1<р = ^2Т\егЛ = Кгпег , (И)

4тг 0 2Т0 0

где Кг - коэффициент пропорциональности, зависящий от марки ДВС (числа цилиндров, момента инерции, степени сжатия и других показателей):

ег=Л-М,г (12)

д •> д к-а

Аналогично, как и в переходном режиме, можно определить распределение мощности по цилиндрам, подставляя вместо е, значения (сг)^ и (ег)^

К,

пил

(13)

О.«*/-)«+(**■>„]

где значения ег находятся на тех же интервалах по углу, что е,. В эксплуатационных условиях двигатели, кроме того, что имеют собственную остаточную неуравновешенность, также имеют неравномерно распределенную мощность по цилиндрам, в результате чего, в цикле работы двигателя возникают гармоники и вносят погрешность на точность диагностирования.

На рис. 2 приведена диаграмма процессов в двигателе компоновки 4-Р, поясняющая появление гармоники ускорения, отражающей повышенную неравномерность работы цилиндров и неуравновешенность двигателя.

В режиме разгона двигателя без нагрузки он нагружается собственными силами сопротивления и при неравномерной работе цилиндров, а также при повышенной неуравновешенности, в угловом ускорении коленчатого вала многоцилиндровых двигателей появляются составляющие с частотами:

где <рц — угол поворота коленчатого вала за цикл работы двигателя; <ркв -угол чередования вспышек между соседними группами из двух и более цилиндров (при этом число групп в цикле работы двигателя четное); - частота цикла работы ДВС (для четырехтактных ДВС/ц = 0,5//- частота вращения коленчатого вала, Гц); к - номер гармонической составляющей.

Гармоника же ускорения, кратная 4-й гармонике частоты вращения, отражает активные процессы горения топлива и создания положительного вращающего момента.

Эти гармоники аналогичны гармоникам, проявляющимися в стационарном режиме работы ДВС под нагрузкой.

Для определения неравномерности работы цилиндров при достижении двигателем в режиме разгона заданной (чаще всего номинальной) частоты вращения измеряют средние значения ускорений на участках рабочих ходов цилиндров. Затем в режиме выбега на этих же участках также определяют средние значения ускорений цилиндров, вычитают их ал-

(14)

е)

гебраически из полученных ускорений в режиме разгона и по ним определяют коэффициент неравномерности.

Рис. 2. Формирование ускорений вала двигателя компоновки 4-Р

Однако при числе цилиндров больше 4-х, повышенной неравномерности {К,еР > Ю - 15%) работы цилиндров и в особенности при наличии одного и более неработающих (в том числе отключенных каким-либо способом) цилиндров происходит резкое торможение двигателя на участках дефектных (или неработающих) цилиндров, приводящее к существенному снижению угловой скорости (провалу скорости) на этих участках (рис. 3). В результате при измерении ускорений в разгоне на участках рабочих ходов соседних цилиндров и расчете коэффициента неравномерности погрешность измерения резко возрастает, что приводит к существенному уменьшению достоверности диагностирования состояния двигателя.

Для уменьшения этой погрешности необходимо из полного ускорения разгона при достижении двигателем заданной частоты вращения выделить с привязкой по углу поворота коленчатого вала составляющие ускорения, кратные заданным гармоникам, которые характерны для двигателя данной компоновки. Затем необходимо определить средние значения этих гармоник на соответствующих участках рабочих ходов цилиндров и вычесть их алгебраически из величин, полученных на этих участках в разгоне и выбеге. Результирующие величины отражают активные процессы горения и создания положительного крутящего момента и используются для расчета коэффициента неравномерности по формуле:

£ _ (С/аах ~ ^/шш) (15)

"" 0.5-(*«+*„.)

где е, „ас и в, тт - максимальное и минимальное значения ускорений, вычис-

к

ленные на участках работы цилиндров в разгоне и выбеге: Е -е -£ -V £

I р1 л г

п-\

{ер, е„ и ег— средние значения ускорений, измеренных в разгоне, выбеге и гармоник /К ускорения в разгоне на соответствующих участках работы цилиндров; к — число выделяемых гармоник ускорения для компоновки испытуемого двигателя).

Уровень амплитуд гармоник /к ускорения отражает степень неуравновешенности двигателя, в особенности возрастающую при отключении каким-либо способом части цилиндров в случае недогрузки двигателя. У двигателя данной марки всегда имеются допускаемые остаточные неуравновешенные силы и моменты,

вызванные конструктивными и технологическими факторами.

ч>

_ Рис. 3 Формирование ускорений вала

щград двигателя компоновки 8-У с отключенным цилиндром

90

180

270

360

450

540

50-

-180-

-576"

360

450

540

630

-----

630

Уровень допустимой неуравновешенности двигателя при его испытании можно задать с помощью задания допустимых амплитуд гармоник f„ ускорения. Превышение этого уровня свидетельствует о повышенной неуравновешенности двигателя.

Исследования способов контроля параметров технического состояния ДВС по характеристикам переходного процесса позволили выделить основные: по временным характеристикам и скоростным.

Оценочными показателями временных характеристик применяются длительность переходного процесса t„ (время разгона двигателя), перерегулирование 8„ (заброс регулятора), колебательность.

Время разгона t„ может бьггь использовано как один из параметров диагностирования, характеризующий общее техническое состояние двигателя.

Параметры 8„ и Кк (колебательность) служат характеристиками качества регулирования САРС.

Начало действия регулятора, т. е. со рег, может быть определено путем

измерения в разгоне значения co{t) в момент, когда s(t) переходит через ноль в первый раз.

Заброс регулятора (перерегулирование SJ определяется по переходной характеристике разгона a(t) и равен 5пр = (»max - 0)„.

Время регулирования t^ — интервал времени от момента сброса или набро-са нагрузки до установления колебаний угловой скорости, определяемых нестабильностью угловой скорости коленчатого вала А<аи.

Степень неравномерности регулятора является важнейшим параметром его работы, позволяющим оценить способность регулятора поддерживать заданный скоростной режим двигателя с требуемой точностью:

g — Ü>mac ~<0тт „ 2(<Утпах —(Оном) ^ 2£ptper Р в>ср (Оном (Отм

По виду характеристики (o(t) и s(t) в разгоне можно также определить значение угла опережения подачи топлива q>mr В режиме свободного разгона динамические скоростные характеристики Мед(п) и s(t) имеют максимум примерно при частоте nMmat, т.е. скорость (интенсивность) изменения s(t) меняет знак с плюса на минус при этой частоте. По разности частот между номинальной, и той, при которой возникает максимум ускорения, можно судить о значении срт: <рт = K^lnisp = ертхк)-птм\, К^ = const.

Сравнивая измеренные зависимости ер(п), £„ (п), £>(п) с нормативными (эталонными) можно оценить их близость и выявить некоторые характерные неисправности. Например, выход зависимости еР(п) за зону выше предельно допустимых значений для эталонной характеристики свидетельствует о повы-

шенном расходе топлива, а выход ев (л) - о повышенной мощности механических потерь. Появление колебательной составляющей на зависимости £Р(п) характеризует возникновение повышенной неравномерности работы цилиндров, а появление резких изломов на зависимости ее{п) - наличие сухого трения, задиров и др.

Определение параметров ДВС По снятым зависимостям £>(«), £в(п), £t,(n) можно определить значения параметров Мтом = I д£Р„ом;

N гном IД £ рномУ1тм * N л/шах = IД £ р гп ;тх [T¡a>; ¡ Ртном — К р 1Д \_£внсм J j

Ргном = Кр1 д£р„ом', максимальное значение частоты вращения холостого хода Пхтах (когда £р (п) становится равным нулю в первый раз); запас крутящего момента АМе - Мгшю, -MeHOJU = 1д(£Ртж -£ршм); коэффициент приспособляемости Кд -Меаах /Меном -1д(£Ртгх /£р„ом) (или коэффициент запаса крутящего момента /Лк -MiJMemM-\W/o = [(ßpm^-£pmm)l£pHOM\-\00>/o.

Интегральные оценочные показатели ДСХ также характеризуют техническое состояние двигателя и могут быть получены аналогично

00 00 00 пц = jn£(n)dn/S(n), £ц = Q,5^£2(n)dnl S{rí), где S(n) = je(ri)dn.

0 0 о

Смещение интегральных показателей относительно эталонной зоны свидетельствуют о появлении той или иной неисправности.

Оценка общей герметичности отдельных цилиндров в стационарном режиме может быть осуществлена путем измерения на низких частотах вращения (где мала инерционная составляющая) ускорений неравномерности вращения при прокрутке ДВС от постороннего источника энергии либо в переходом режиме на выбеге, учитывая при этом снижение частоты вращения. Оценка герметичности отдельных цилиндров осуществляется по алгоритму:

М,=К~8*К~ек= ^\sdq> = fadt; (17)

о О о

В третьей главе изложена методика экспериментальных исследований, при проведении которой необходимо было решить следующие задачи: исследовать влияние факторов, характеризующих рабочий процесс, на диагностические показатели; подтвердить адекватность уточненной модели переходного процесса ДВС; выявить закономерности, связывающие методы и способы диагностирования на переходных режимах в единый алгоритм с учетом применения современных информационных компьютерных технологий.

Для решения поставленных задач была создана экспериментальная установка на базе измерительной экспертной системы двигателя (ИЭСД), состоящая из электрической обкаточно-тормозной установки Г)5932-4/Ы; комплекта первичных и вторичных измерительных преобразователей и устройств; измерительного блока и блока обработки информации Измерительный блок составляют устройства: микропроцессорный модуль сбора данных и измерительно-записывающее устройство РС1-1710НО фирмы АОУАМТЕСН; комплект образцовых приборов.

Измерялись следующие параметры рабочего процесса дизеля:

• индикаторное давление в цилиндре;

• индикаторное давление в топливопроводе;

• угловые метки соответствующие ВМТ поршня и началу цикла ДВС;

• мгновенный расход топлива двигателем;

• мгновенные значения ускорения и угловой скорости в функции угла поворота коленчатого вала;

Структурная схема экспериментальной установки приведет нарис. 4.

Для оценки комплексного влияния параметров технического состояния был применен композиционный трехуровневый симметричный план, при котором в качестве отклика служили поцилиндровые ускорения, измеренные предлагаемым уточненным методом на переходных режимах, и среднее индикаторное давление в установившемся режиме номинальной нагрузки, а в качестве варьируемых факторов выступали часовой расход топлива б, угол начала подачи <р и неравномерность подачи топлива секциями топливного насоса 8тр (табл. 1).

При проверке адекватности разработанной модели сравнивались характеристики, снятые при измерении среднего индикаторного давления в установившемся режиме номинальной загрузки двигателя и измеренные значения углового ускорения в переходном режиме.

Рис 4 Структурная схема экспериментальной установки

ОБЪЕКТ ПЕРВИЧНЫЕ

ДИАГНЭСТИРО АНАЛОИРУЕМЫЕ ИЗЖРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

ВАНИ Я ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ

I \ I 1 I \ г

Таблица 1

Уровни варьирования факторов_

Наименование факторов Уровни факторов

нижний (-) основной(О) верхний(+)

Подача топлива Хь см3/мин 36 52 68

Угол начала подачи Х2, град 18-20 30-32 30-42

Неравномерность подачи топлива Х3, % 10 4 14

Так как функция отклика по указанным факторам для полной ДСХ двигателя является криволинейной, то при исследовании поцилиндровых ускорений и распределения мощности по цилиндрам целесообразно применить аппроксимацию отклика полиномом второй степени:

у—Во^ВВцХ1Х3+В2зХ2 Х^В ¡¡Х[ +В22Х2

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований.

Была подтверждена возможность выделения составляющих ускорения в разгоне и выбеге, а также их корректирования на величину возникающих гармоник, отражающих повышенные неравномерность работы цилиндров и неуравновешенность двигателя.

Установлено, что на мгновенные значения ускорения цилиндров оказывают сильное влияние не только скоростной, нагрузочный режимы, расход топлива, но и повышенная неравномерность работы цилин дров, а также инерционная составляющие: регулярная и остаточная. Причем измеренная амплшуда остаточной инерционной составляющей может использоваться как диагностический параметр при оценке качества технологии изготовления двигателей, после ремонта и при оценке совершенства конструкции. Это подтверждает вывод теоретических исследований о необходимости вычитания гармонической составляющей ускорения е„ из разности ускорений (£р - ее), измеренных в разгоне и выбеге, с целью компенсации влияния неисправных или отключенных из работы цилиндров, а также высокой остаточной неуравновешенности двигателя.

Подтверждены и уточнены зависимости при исследовании комплексного влияния основных обобщенных показателей двигателя на диагностические параметры в области номинальной частоты вращения.

Установлено, что наибольшее влияние на ускорение цилиндра е^, оказывает расход топлива О, а также комплексное уменьшение угла и уменьшение подачи; уменьшение подачи и увеличение неравномерности подачи топливным насосом. Увеличение цикловой подачи топлива секциями насоса вызывает увеличение ускорения цилиндров по зависимости, общий характер которых имеет вид ^=0,918-^+27,468 (рис. 5).

Комплексное уменьшение угла <рт и уменьшение подачи О вызывает снижение ускорения цилиндра г;, на 18 - 26%, причем отклонение угла <рт от оптимального отражается снижением ускорения цилиндра £,, на 6%. При комплексном уменьшении О (на 20 - 30%) и возрастании (на 10 - 14%) наблюдается убывание ускорения Ец на 14 - 22 % (рис. 6).

G, см'/ыин

¡-•-Цилиндр Nt1 -*-ЦишндрМО -»-Цилиндр f*2 —«-Цигандр NM|

Рис 5 Зависимость влияния подачи топлива G на ускорение цилиндров е^,

с.рад'с1

<р, град

Рис. 6. Комплексное влияние факторов на £ц а) - G и фм б) - Ф„, и <$«„

Комплексное влияние неравномерности подачи топлива секциями насоса 8иер и угла опережения подачи топлива (Ра, имеет явно выраженный оптимум, вершина которого соответствует номинальным регулировкам систем и механизмов двигателя

На коэффициент неравномерности К^р существенное влияние оказывает комплексное изменение факторов: угла опережения подачи топлива <ра, и неравномерности подачи 8жр топливным насосом. При уменьшении угла (рт до крайнего состояния - 18% и одновременном возрастании - 14% , коэффициент Киер. увеличивается до 24%. При значительных отклонениях подачи топлива С, ± 30%, особенно при снижении, Кнер нелинейно возрастает (рис. 7).

При проверке адекватности разработанной модели переходного процесса было установлено, что динамические скоростные

характеристики, снятые с помощью измерения углового ускорения, и среднее индикаторное давление в цилиндре двигателя, измеренное при установившемся режиме номинальной на-15

грузки, имеют незначительное различие.

Результаты индицирования представлены на рис. 8, по которым получены регрессионные модели Р,ф(8тр, ф,С) и Ртш (З^щв)

Полученные регрессионные модели г-,,(5„ер, <р,Сг) углового ускорения на переходном режиме и среднего индикаторного давления Р1Ср(6нер, (р, О) при номинальной нагрузке и частоте вращения имеют вид:

^=74,58-2,\25^г 1,984^+0,460^ -0,028Х; - Ъ,257Х2 + 14Д32Х, - 0,728ВД + 0,762 Х]Х3 +1,11 ЪХ^Хз, (18)

Р1ср = 0,4919 - 0,0554X^-0,0296^ 0,0376**, - 0,0032*} + 0,0264Х2 + 0,0688^ +0,025Х;Х + 0,0207ВД + 0,0192ЛУ^ (19)

Рис 8 Испытание двигателя на стенде при номинальной нагрузке: Р] -индикаторное давление цилиндра, Р - индикаторное давление в топливопроводе перед форсункой; Н - жесткость работы цилиндра

Тесная связь и Р^ (рис. 9) подтверждается дисперсионным и корреляционным анализом.

Результаты эксперимента подтвердили наличие и влияние гармоники /к, которая вносит погрешность при определении Киер. Действительные значения среднего ускорения цилиндра ец могут быть завышены или занижены при алгоритме вычитания ускорения выбега из ускорения разгона соответствующих цилиндров (рис. 10).

1Ци|Ц«|<1А|ЬЛСП»ит*»п«асащм>иидс*%

0101 Ц015

Рис 9 Зависимости Ец и Р„_р от неравномерности Рис 10. Мгновенное ускорение цилиндра: подачи секциями насоса 8„р 1-е учетом/; 2 - без учета/

Результаты исследования также подтвердили возможность выделения информативных зон во временных и скоростных характеристиках переходного процесса двигателя по единому алгоритму, как это показано на рис. 11 для регулятора скорости ДВС.

Разработанная технология комплексного диагностирования ДВС на переходных режимах экспериментально подтверждает теоретические исследования оценочных показателей

Комплексный подход оценочных показателей внешних характеристик двигателя и внутри цикла его работы повышают точность диагностирования. Каждый метод и способ диагностирования предназначен для оценки значимой связи диагностического параметра и параметрами технического состояния ДВС. Результаты эксперимента подтверждают возможность выявления таких связей и хорошо согласуются с теоретическими исследованиями описанных в главе 2.

В пятой главе приведен расчет экономической эффективности от внедрения предлагаемой технологии.

В качестве базового варианта диагностирования ДВС была выбрана технология, реализующая динамический метод с помощью набора технических средств (ИМД-ЦП, ИПД-3, ЦИЮ1-2, АДТ-1, КИ-13924) и технология, используемая в комплексе КИ-13950.

Повышение эффективности использования автотракторных двигателей достигается за счет оперативной и объективной оценки технического состояния объекта диагностирования экспертной системой, что снижает затраты в 3 раза и повышает качество обслуживания техники службами сервиса агропромышленного комплекса.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разная интенсивность изменения технического состояния элементов идентичных по конструкции главным образом обеспечиваются технологическими, конструктивными и эксплуатационными причинами. Это приводит к сокращению их остаточного ресурса. Коэффициент неравномерности распределения мощности по цилиндрам у двигателей, находящихся в эксплуатации имеет высокие значения (Киер = 10 - 20%). Применение многоцилиндровых силовых установок в мобильной технике увеличивает трудоемкость диагностирования этой неравномерности, которая составляет более 70% общей трудоемкости диагностирования мощност-ных показателей двигателя при использовании метода отключения цилиндров. В то же время неработающие и неисправные цилиндры оказывают влияние на смежные по очередности работы цилиндры. Поэтому уточнение применяемых оперативных динамических методов контроля является актуальной задачей.

2. Выявлены составляющие углового ускорения коленчатого вала ДВС. Показано, что погрешность определения неравномерности распределения мощности по цилиндрам Ктр, вследствие остаточной неуравновешенности ДВС и влияния неисправных цилиндров, достигает 4%. Предложен алгоритм устраняющий этот недостаток: разность мгновенных значений ускорений разгона и выбега (ер - £•„) необходимо уменьшать на величину гармонической составляющей ег, которая, в свою очередь, является диагностическим параметром при контроле уравновешенности ДВС.

3. Полученные закономерности изменения основных диагностических параметров, характеризующих рабочий процесс двигателя и его техническое состояние, объединены в единый алгоритм.

4. В экспериментальных исследованиях применялся композиционный симметричный трехуровневый план трех основных факторов: цикловая подача топлива; угол опережения впрыскивания топлива и коэффициент неравномерности подачи топлива насосом. Эксперимент выполнялся в свободном разгоне-выбеге двигателя и в стационарном режиме при номинальной нагрузке. Получение и обработка информации анализируемых процессов осуществлялось с помощью информационных технологий: разработанного контролера сбора данных и серийной

платы сбора данных РС1-1710НО, а также измерительной экспертной системы дизеля «ЭКСНА» разработки СибФТИ.

5. Получены регрессионные модели откликов £„((р, <5„ер,Ст), К„ер (<р, 5М1;С/), Р,(ср, 31ЩГ,С)]) Адекватность моделей подтверждается критериями Фишера, Стгью-дента. Результаты эксперимента подтверждают теоретические предпосылки по возможности компенсирования гармонической составляющей углового ускорения, а также создание единого алгоритма диагностирования.

6. Разработана технология комплексного диагностирования ДВС с применением предлагаемого способа определения неравномерности распределения мощности по цилиндрам. Экономический эффект достигается за счет снижения трудоемкости и обработки информационных данных, который составляет 92,3 руб. на 1 двигатель.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ольшевский С.Н., Федюнин П.И. Повышение топливной экономичности машинно-тракторного агрегата на транспортных работах // Механизация процессов в растениеводстве и кормопроизводстве: Сборник научных трудов/ НГАУ, Новосибирск, 1998. - с 183-187.

2. Ольшевский С.Н., Федюнин П.И. Пути снижения эксплуатационного расхода топлива машинно-тракторного агрегата на транспортных работах// Проблемы стабилизации и развития сельскохозяйственного производства Сибири, Монголии и Казахстана в XXI веке. Ч. 3. Инженерное обеспечение: Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. / Новосибирск, 1999. - с.252.

3. Ольшевский С.Н. Особенности методики экспериментальных исследований при экспертизе технического состояния многоцилиндровых ДВС//Механизация сельскохозяйственного производства в начале XXI века: сб. науч. Тр./Новосиб. Гос. Аграр. Ун-т. Инженерный ин-т.-Новосибирск, 2001. - 323-327.

4. И.П. Добролюбов, О.Ф. Савченко, В.В. Альт, С.Н. Ольшевский. Методологические принципы применения спектрального анализа механизированных процессов с помощью измерительной экспертной системы//Методы и технические средства исследования физических процессов в сельском хозяйстве: Сб. науч. тр./РАСХН. Сиб. отд-ние. СибФТИ. - Новосибирск, 2001. - с. 57 - 70.

5. Ольшевский С.Н. Совершенствование технического диагностирования ДВС // Агроинженерная наука - итоги и перспективы: Сб.науч.тр по материалам междун. науч.-прак. конф./Новос.гос.агр.ун-т. - Новосибирск, 2004. - с.320-324.

6. Патент 1Ш №2208771 О 01 Ь 23/08, в 01 М 15/00. Способ определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания и устройство для его осу-ществления./И.П. Добролюбов, П.И. Федюнин, С.Н. Ольшевский. Опубл. 20.07.2003, Бюл. №20.

-6 636

РНБ Русский фонд

2006-4 3817

Подписано к печати «5» апреля 2005 г.

Формат 60x84/16 Тираж 100 экз. Заказ №75

Отпечатано в мини-типографии Инженерного института НГАУ 690039, Новосибирск, ул. Никитина, 147

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Закономерности изменения технического состояния ДВС в эксплуатации.

1.2 Зависимости изнашивания деталей.

1.3 Неравномерность структурных и рабочих параметров.

1.4 Анализ существующих методов контроля технического состояния ДВС

1.5 Анализ существующих средств контроля технического состояния ДВС по параметрам переходных режимов

1.6 Выводы по первой главе, задачи и программа исследований.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗРАБОТКЕ СРЕДСТВ И АЛГОРИТМА КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВС НА ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ

2.1 Цель и задачи теоретических исследований.

2.2 Математическое описание систем двигателя на переходных режимах.

2.2.1 Уравнение динамики ДВС.

2.2.2 Система автоматического регулирования скорости.

2.2.3 Механическая система двигателя.

2.2.4 Термодинамическая система двигателя—.

2.3 Определение топливно-энергетических показателей двигателя по параметрам переходных режимов.

2.4 Определение параметров технического состояния ДВС по показателям переходных процессов.

2.5 Определение поцилиндровой мощности и неравномерности работы цилиндров в переходном режиме по неравномерности ф вращения.

2.6 Применение динамических скоростных характеристик двигателя

2.7 Потери информации при использовании спектрального анализа механизированных процессов.

2.8 Выводы по главе.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований.

3.2 Методика экспериментальных исследований при обосновании комплексного контроля ДВС на переходных режимах.

3.2.1 Проверка теоретических выводов о влиянии низкочастотных составляющих на точность диагностирования мощностей цилиндров.

3.2.2 Оценка влияния параметров технического состояния двигателя на диагностические сигналы при контроле мощ-ностных и топливно-энергетических показателей двигателя в целом и отдельно по цилиндрам.

3.3 Экспериментальная установка и информационно-измерительная система.

3.4 Алгоритм извлечения диагностической информации при комплексном использовании способов динамического метода.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Результаты экспериментальных исследований при обосновании способа контроля распределения мощности по цилиндрам с учетом составляющих низкочастотных гармоник.

4.2 Исследование влияние параметров технического состояния двигателя на оценочные диагностические показатели.

3.5 Выводы по главе.

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ 5.1 Общие положения экономической оценки новых технологий и техники.

5.2 Определение показателей экономической эффективности.

5.3 Трудоёмкость выполнения механизированных работ.

5.4 Экономические показатели, формирующие основные параметры эффективности.

5.5 Границы эффективного использования новой техники.

Суммарная мощность двигателей внутреннего сгорания (ДВС) значительно превышает мощность всех других видов тепловой и электрической энергии. В процессе эксплуатации ДВС требует значительных материальных и трудовых затрат на техническое обслуживание (ТО) и текущий ремонт (TP), которые во много раз превышают его первоначальную стоимость [26, 36, 40, 53-54, 64].

Повышение уровня работоспособности ДВС, заключающегося в улучшении показателей надежности, топливной экономичности, экологичности и снижении затрат на ТО и TP, в отрасли транспорта и других сферах имеет первостепенное значение [16, 26, 28, 59]. Внедрение электронной техники в конструкцию ДВС и технологические процессы ТО и ремонта дает значительный экономический эффект [117].

Сдерживающим фактором решения проблемы повышения качества управления техническим состоянием агрегатов автомобиля и трактора является отсутствие или низкая эффективность имеющегося диагностического оборудования [25, 44-45, 74,118].

Таким образом, снижению затрат на ТО, ремонт и повышению уровня работоспособности ДВС в значительной мере способствует комплексный подход к разработке эффективных методов, средств и технологий диагностирования и автоматизированных управляющих систем на базе микропроцессорной техники с минимальными требованиями к контролепригодности ДВС.

Наиболее оправданным в системе диагностики является применение безразборных методов при оценке технического состояния машин [115]. Многие работы в этом направлении доказали эффективность использования переходных режимов [46]. В работах [27, 36, 45, 51, 54, 74, 144] отмечается, что внедрение безразборных методов диагностирования позволяет в 2 и более раз уменьшить число отказов и снизить простои машин по техническим неисправностям, увеличить в 2 раза межремонтный технический ресурс, снизить на 40% затраты на ТО, на 20 - 25 % снизить расход топлива, на 15 - 25 % повысить производительность машинно-тракторного парка (МТА) и на 16-26 % повысить долговечность деталей.

В условиях эксплуатации необходимо, чтобы используемые методы были оперативны, дешевы, малотрудоемки и с высокой информативностью диагностических сигналов. Таким является динамический метод контроля показателей ДВС на переходных режимах [23, 45-46, 55, 74]. Существуют ряд узкоспециализированных приборов, реализующих один или несколько алгоритмов [19, 43]. Лучшими являются Автодизель-тестер АДТ - 1, виб-роаккустический комплекс 15С, 16С, КИ - 13940 ГОСНИТИ и др [63, 114, 128-129,131]. Но эти комплексы недостаточно универсальны и ограниченны с точки зрения использования математического аппарата для обработки данных.

Совершенствованию динамического метода посвящена работа В.Н. Баш-маковой [19], в которой делалась попытка создания единой модели диагностирования ДВС, выраженной в виде алгоритма совокупностью логических и математических операций. В результате разработана технология на базе микроЭВМ «Электроника БК-0010». Данный комплекс серийно не выпускается и не применяется.

Развитие информационных технологий дает возможность более детально исследовать происходящие процессы в переходном режиме машины и применить новые, более совершенные, средства математической обработки диагностической информации. Это повышает достоверность, и объективность заключения [119,121].

В настоящее время многие серийно выпускаемые платы сбора данных обладают характеристиками достаточными для регистрации и записи информации с заданной точностью. Поэтому для применения нового современного оборудования в целях контроля технического состояния ДВС необходима разработка нового алгоритма диагностирования адаптированного к новым средствам и уточненного в теоретических моделях [8,108].

В частности это относится к определению коэффициента неравномерности распределения мощности по цилиндрам ДВС. При работе неисправных цилиндров происходит их влияние на диагностический сигнал при оценке остальных «соседних» цилиндров, что вносит ошибку [99].

Поэтому предлагается обработка диагностической информации стандартными прикладными программами на ЭВМ. Это даст возможность применить наиболее подходящие средства математического анализа, легко адаптируемые к различным компоновкам конструкции ДВС, а визуализация переходных процессов позволит специалисту накопить опыт при оценке технического состояния ДВС.

В связи с этим разработка новых способов и технических средств, базирующихся на компьютерных информационных технологиях и реализующих динамический метод диагностирования, а также создание алгоритма и технологии диагностирования, объединяющих разработанные методы и способы, является актуальной задачей.

Цель исследования. Обосновать и разработать способы и средства комплексного контроля состояния ДВС на переходных режимах, позволяющих снизить трудоемкость диагностирования в условиях эксплуатации.

Объект исследования - процесс контроля технического состояния ДВС на переходных режимах разгона и выбега в условиях эксплуатации.

Предмет исследования - закономерности, связывающие диагностические параметры со структурными параметрами технического состояния ДВС.

Рабочая гипотеза:

• Повышение эффективности диагностирования можно достичь за счет компенсации составляющей, вносящей погрешность измерения углового ускорения;

• Создание единого алгоритма диагностирования на переходных режимах базируется на современных компьютерных технологиях.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

• уточнены зависимости, связывающие составляющие углового ускорения коленчатого вала в переходных режимах с цилиндровыми мощностями в цикле его работы;

• получены закономерности, отражающие влияние различных факторов, при комплексном диагностировании двигателя на переходных режимах;

• разработан единый алгоритм комплексного диагностирования ДВС на переходных режимах.

Практическая значимость. Разработанный способ, уточняющий диагностирование неравномерности распределения мощности по цилиндрам, и алгоритм комплексного диагностирования позволяют: выполнить углубленную экспертную оценку общего технического состояния ДВС, а также отдельных его элементов; дает возможность своевременного осуществления регулировок систем двигателя и повысить его технический ресурс; снизить трудоемкости диагностирования, и улучшить санитарно-гигиенические условия труда эксперта-диагноста. Результаты исследования использованы в измерительной экспертной системе двигателя Сибирским физико-техническим институтом аграрных проблем (ГНУ СибФТИ). Разработанная технология комплексного контроля технического состояния ДВС на переходных режимах внедрена в учебном процессе на кафедре «Автомобили и тракторы».

Апробация работы. Основные полжения диссертационной работы доложены и одобрены: на международной научно-практической конференции

Механизация сельскохозяйственного производства в начале XXI века» (Новосибирск, 2001 г.); на международной научно-практической конференции «Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства» (Новосибирск, 2003 г.); на международной научно-практической конференции «Агроинженерная наука - итоги и перспективы» (Новосибирск, 2004г.).

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертационной работы, опубликованы в 6 печатных работах в том числе 1 патенте РФ на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Содержит 142 страниц машинописного текста, 14 таблиц, 56 рисунков и приложение. Список использованной литературы включает 144 наименований отечественных и зарубежных авторов.

5.6 Выводы и рекомендации

1. Повышение эффективности использования автотракторных двигателей достигается за счет объективной экспертизы объекта диагностирования, что снижает затраты и повышает качество технического обслуживания службами сервиса агропромышленного комплекса. Снижение отчислений на зарплату обслуживающему персоналу составляет 74,3% в сравнении с технологией №1 и 55,4% в сравнении с технологией №2. Оперативность предлагаемой технологии оценивается по показателю эксплуатационной производительности, который увеличивается на 98% и 52,3% в сравнении с технологией №1 и №2 соответственно.

2. Экономический эффект достигается за счет снижения трудоемкости и обработки информационных данных, который составляет 92,3 руб. на 1 двигатель.

3. Результаты исследований и оценка экономической эффективности разработанной технологии определения технического состояния ДВС, позволяют рекомендовать производству создание технических средств, базирующихся на новых информационных технологиях, с использованием алгоритма, объединяющего известные способы динамического метода, а также ресурсных и структурных (износов) параметров двигателя, характеризующих условия работы ДВС, с целью повышения объективности заключительного решения (прил. 4).

4. На основании того, что экспертная оценка технического состояния двигателя выполняется прикладными программами, предлагается создать информационную базу двигателей, прошедших экспертизу, для прогнозирования остаточного ресурса и плана ремонтно-обслуживающих работ.

5. Разработаны основные технические требования к средствам при комплексном диагностировании параметров технического состояния ДВС на переходных режимах (прил. 5).

6. Направление дальнейших исследований - развитие безразборных методов контроля с применением современных информационных технологий, заключающегося в распространении динамического метода диагностирования на агрегаты и системы трактора и автомобиля, в частности на зубчатые передачи, гидро-, пневмоаппараты и системы в целом и др.

1. Разная интенсивность изменения технического состояния элементов идентичных по конструкции главным образом обеспечиваются технологическими, конструктивными и эксплуатационными причинами. Это приводит к сокращению их остаточного ресурса. Коэффициент неравномерности распределения мощности по цилиндрам у двигателей, находящихся в эксплуатации имеет высокие значения (.Кнер = 10 - 20%). Применение многоцилиндровых силовых установок в мобильной технике увеличивает трудоемкость диагностирования этой неравномерности, которая составляет более 70% общей трудоемкости диагностирования мощностных показателей двигателя при использовании метода отключения цилиндров. В то же время неработающие и неисправные цилиндры оказывают влияние на смежные по очередности работы цилиндры. Поэтому уточнение применяемых оперативных динамических методов контроля является актуальной задачей.

2. Выявлены составляющие углового ускорения коленчатого вала ДВС. Показано, что погрешность определения неравномерности распределения мощности по цилиндрам Кнер, вследствие остаточной неуравновешенности ДВС и влияния неисправных цилиндров, достигает 4%. Предложен алгоритм устраняющий этот недостаток: разность мгновенных значений ускорений разгона и выбега (ер — ев) необходимо уменьшать на величину гармонической составляющей ег, которая, в свою очередь, является диагностическим параметром при контроле уравновешенности ДВС.

3. Полученные закономерности изменения основных диагностических параметров, характеризующих рабочий процесс двигателя и его техническое состояние, объединены в единый алгоритм.

4. В экспериментальных исследованиях применялся композиционный симметричный трехуровневый план трех основных факторов: цикловая подача топлива; угол опережения впрыскивания топлива и коэффициент неравномерности подачи топлива насосом. Эксперимент выполнялся в свободном разгоне-выбеге двигателя и в стационарном режиме при номинальной нагрузке. Получение и обработка информации анализируемых процессов осуществлялось с помощью информационных технологий: разработанного контролера сбора данных и серийной платы сбора данных PCI-1710HG, а также измерительной экспертной системы дизеля «ЭКСНА» разработки СибФТИ.

5. Получены регрессионные модели откликов 8ц((р, SHep,Gr), Кнер (ср, 8неру GT), Pi(cp, 8нер, Gj). Адекватность моделей подтверждается критериями Фишера, Стьюдента. Результаты эксперимента подтверждают теоретические предпосылки по возможности компенсирования гармонической составляющей углового ускорения, а также создание единого алгоритма диагностирования.

6. Разработана технология комплексного диагностирования ДВС с применением предлагаемого способа определения неравномерности распределения мощности по цилиндрам. Экономический эффект достигается за счет снижения трудоемкости и обработки информационных данных, который составляет 92,3 руб. на 1 двигатель.

1. А.с. № 947678 СССР. Способ диагностирования ДВС /

2. A.И.Коровин, А.И. Кудрин, В.А.Мальцев. Б.И.-1982.- № 28.

3. А.с. № 243999. СССР. Способ определения эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания / В.А. Змановский, В.М. Лившиц, Вл.А. Змановский. Б. И.- 1969,- №4.

4. А.с. № 866432 СССР. Способ определения технического состояния многоцилиндровых ДВС /А.А. Отставнов, А.С. Гребенников.- Б.И.- 1981.-№35.

5. А.с. №1543273/СССР/. Устройство для определения момента начала действия регулятора частоты вращения дизельного двигателя. / В.М. Лившиц, А.Р. Голштейн, В.И. Кочергин, И.П. Добролюбов/ Опубл. В Б.И., 1990, №6.

6. А.с.954839 СССР. Савченко О.Ф., Альт В.В. Бухтияров И.Д., Пономарев

7. B.А. и др. Система для регистрации и обработки индикаторных диаграмм.-БИ,№32,1982г.

8. Авдонькин Ф.Н. Теоретические основы технической эксплуатации автомобилей. М.: Транспорт, 1985.- 215 с.

9. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.- М.: Наука.-1976.-274с.

10. Ю.Айвазян С.А., Енюков Н.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных.- М.: Финансы и статистика, 1983.

11. Альт В.В. Система регистрации и анализа индикаторных диаграмм двигателей внутреннего сгорания//Развитие технических средств диагностики машин и механизмов/ВАСХНИЛ, Сиб.отд-ние.-Новосибирск, 1985.-С.11-17.

12. Альт В.В., Добролюбов И.П., Савченко О.Ф. Информационное обеспечение экспертизы состояния двигателей / Под ред. д.т.н. В.В. Альта. РАСХН, Сиб. отд-ние. - СибФТИ. - Новосибирск, 2001. - 223 с.

13. Ан. В.Б. Анализ погрешности измерения угла опережения зажигания // Приборы, системы управления и контроля для сельского хозяйства: Сб. науч. тр. / ВАСХНИЛ. Сиб. отд-ние. Новосибирск, 1984 - С. 3-8.

14. Аппаратура для диагностики двигателей. Пат. США №4189940 М.клХ301М15/00, опубл20.12.1980.

15. Астахов И.В., Трусов В.И., Хочиян А.С. и др. Передача и распыление топлива в дизелях. М.: Машиностроение. 1972.- 367с.

16. Бельских В.И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов.- М.: Россельхозиздат, 1986.- 399 с.

17. Билик Ш.М. Макрогеометрия деталей машин.- М.: Машиностроение, 1972. 344 с.

18. Бродский В.З., Бродский Л.И., Голикова Т.И. Таблицы планов эксперимента и факторных полиномиальных моделей. Металлургия, 1982.-752.

19. В.Н. Башмакова. Диагностирование двигателя внутреннего сгорания динамическим методом с использованием микро-ЭВМ. Дис.канд.техн.наук. Новосибирск, 1990.

20. Вахрушев Jl., Акулов В., Колющенко И. Топливная экономичность двигателей ЯМЗ после капитального ремонта//Автомобильный транспорт, 1982. №7. С. 32-34.

21. Вейц В.А., Кочура А.Е. Динамика машинных агрегатов с двигателями внутреннего сгорания.- Л.: Машиностроение.- 1976.-384с.

22. Вознесенский В.А. статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях.- М.:Финансы и статистика.-1981.-263с.

23. Воронин Д.М. Исследование динамического способа оценки топливных показателей тракторных дизелей в эксплуатационных условиях Сибири. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. — Новосибирск, 1973.

24. Воронин Д.М. Обеспечение контроля топливной экономичности МТА в условиях эксплуатации. Дисс.д-ра техн. наук. Новосибирск, 1995.

25. Гиберт А.И. Экспертиза технического состояния агрегатов трактораю -Новосибирск, 1996. 132 с.

26. Говорущенко Н.Я. Техническая эксплуатация автомобилей. -Харьков: Вища шк. Изд-во при Харьк. ун-те, 1984. 312 с.

27. Говорущенко НЛ. Диагностика технического состояния автомобилей. -М.: Транспорт, 1970. 256 с.

28. ГОСТ 18322-73 Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения.

29. ГОСТ 18509-80. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний.

30. ГОСТ 23728-88 Техника сельскохозяйственная. Основные положения и показатели экономической оценки.

31. ГОСТ 23729-88 Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки специализированных машин.

32. ГОСТ 23730-88 Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки универсальных машин и технологических комплексов.

33. ГОСТ 24026-80 Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. // Государственный комитет СССР по стандартам. -М.:1980.

34. ГОСТ 24055-88 Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки. Общие положения.

35. ГОСТ 8.009-84. ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.- М.: Изд-во стандартов, 1985.-38с.

36. Гребенников А.С. Диагностирование автотракторных двигателей динамическим методом. Саратов: Сарат. гос .техн. ун-т, 2002. 196 с.

37. Гребенников А.С. Диагностирование ЦПГ по параметрам ее герметичности // Двигателестроение. 1990. №6. С. 29-30.

38. Двигатели внутреннего сгорания. Т.1: Рабочие процессы в двигателях и их агрегатах. Под ред. Орлина А.С. М.: Машгиз.- 1987.-370с.

39. Дейч А.И. Методы идентификации динамических объектов. М.: Энергия.- 1979.-240с.

40. Денисов А.С. Основы формирование эксплуатационное ремонтного цикла автомобилей. Саратов: СГТУ, 1999. - 352 с.

41. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения.- М.: Мир, 1972.- 280 с.

42. Дизели тракторные, комбайновые и автомобильные. Методы контроля мощности и топливной экономичности в условиях эксплуатации: Метод. Указания МУ 10.16.0001.001.-88/ГОСНИТИ.-М.:, 1989.-24с.

43. Добролюбов И.П. Контроль на переходных режимах распределения мощности двигателя внутреннего сгорания по цилиндрам без их отключения. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. Новосибирск, 1982.

44. Добролюбов И.П. Оперативный контроль и управление показателями машинно-тракторных агрегатов, определяющими их эффективное использование. Дисс.д-ра техн. наук. Новосибирск, 1992.

45. Добролюбов И.П., Лившиц В.М. Динамический метод диагностики автотракторных двигателей. 4.1. Принцип построения диагностических моделей переходных процессов. Новосибирск: Сиб. отд. ВАСХНИЛ, 1981.-86с.

46. Добролюбов И.П., Лившиц В.М. Динамический метод диагностики автотракторных двигателей. 4.2. Принцип анализа диагностических сигналов. Новосибирск: Сиб. отд. ВАСХНИЛ, 1981. -112 с.

47. Долгушин А.А Контроль технического состояния топливной аппаратуры дизельных двигателей. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. — Новосибирск, 2004.

48. Дролов Л.В. Исследование способа оценки технического состояния дизельных двигателей по характеристикам переходного процесса в эксплуатационных условиях. Автореф. Дис. На. Соиск. уч. Ст. к.т.н. -Новосибирск, 1982.

49. Ждановский Н.С. Диагностика автотракторных двигателей.- Л., Колос.-1977.-264с.

50. Ждановский Н.С. Неустановившиеся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотракторного типа.- М.: Машиностроение, 1974.-301с.

51. Ждановский Н.С., Наколаенко А.В. Надежность и долговечность автотракторных двигателей.- Л.: 1981.- 295с.

52. Инструкция по определению экономической эффективности мероприятий по диагностированию сельскохозяйственной техники. М.: ГОСНИТИ, 1982. - 111 с.

53. Инструкция по повышению топливной экономичности машинно-тракторных агрегатов. М: ГОСНИТИ, 1986 40с.

54. Иссерлис Ю.З., Мирошников А.В. Системное проектирование ДВС.- Л.:

55. Канарчук В.Е. Долговечность и износ двигателей при динамических режимах работы.- Киев: Наукова думка, 1978.-256 с.

56. Каталог средств измерений, испытаний, контроля и диагностирования, применяемых на предприятиях Госкомсельхозтехники СССР. -М.:ГОСНИТИ, 1984.- 180 с.

57. Киртбая Ю.К. Резервы в использовании машино тракторного парка. -М.: Колос, 1982.-319с.

58. Клейн А.Т. Исследование бестормозного динамического метода контроля автотракторных двигателей. Дис.к.т.н. - Новосибирск, 1973.—200с.

59. Круг Г.К., Сосулин Ю.А., Фатуев В.А. Планирование эксперимента в задаче идентификации и экстраполяции.- М.: Наука.-1977.-207с.

60. Крутов В.И. автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания.- М.: Машиностроение, 1968.- 535с.

61. Крутов В.И. ДВС как регулируемый объект.- М.: Машиностроение, 1978.-472с.

62. Кугель Р.В. Вопросы старения и повышения надежности машин//Вестник машиностроения. 1972. №6. С. 9-13.

63. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 448 с.

64. Куценко А.С. Моделирование рабочих процессов ДВС на ЭВМ.- Киев.-Наукова думка. 1988.

65. Леонов О.Б. Построение характеристики переходного процесса с учетом особенности топливоподачи при неустановившемся режиме работы дизеля.- М.: Машиностроение. 1971. №7.с.99-101.

66. Лившиц В.М. Методы и технические средства повышения эффективности контроля в системе технического обслуживания сельскохозяйственных машин. Дисс.д-ра техн. Наук Новосибирск, 1984

67. Лившиц В.М., Добролюбов И.П., Кочергин В.И., Голштейн А.Р., Самойлов С.В. Способ оценки степени неравномерности регуляторовчастоты вращения ЛВС. А.с. 1468645 СССР. МКИ 01 15/00. Опубл. 15.06.89, бюл.22.

68. Лоренц В.Ф. Износ деталей сельскохозяйственных машин.- М.:Машгиз, 1948,-100с.

69. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул.-М.:Высш.школа.-1982.-224с.

70. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: В 2-х томах. Пер. с франц.- М.: Мир, 1983.- т.1 312 е., т.2 -256 с.

71. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос, 1980. -168 с.

72. Методика определения экономической эффективности использования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Россельхозиздат, 1984. - 103 с.

73. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники / Под рук. Шпилько А.В. М.: ГП УСЗ Минсельхозпрома России, 1998. - 219 с.

74. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Ч. 2. Нормативно-справочный материал / Под рук. Шпилько А.В. М.: РИЦ ГОСНИТИ, 1998. - 251 с.

75. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. МСХ РФ. Ч. 1.- М.: ВНИЭСХ, 1998.-220 с.

76. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. МСХ РФ. Ч.Н. М.: ВНИЭСХ, РИЦ ГОСНТИИ, 1998.-252 с.

77. МИ 1719-87. Методические указания. Комплекс измерительно -вычислительный ЦИКЛ. Методика поверки/ ФТИ СО ВАСХЫИЛ,-Новосибирск, 1987.-36с.

78. Митков A.J1., Кардашевский С.В. Статистические методы в сельхозмашиностроении. М.: Машиностроение, 1978. - 360 с.

79. Мозгалевский А.В., Пойда А.Н. Вопросы проектирования систем диагностирования.- JI.: Энергоатомиздат.- 1985.- 112с.

80. Моносзон А.А. Контроль энергетических показателей дизелей с газотурбинным наддувом на неустановившихся режимах в. условиях эксплуатации сельскохозяйственных тракторов. Автореф. дисс. кнд. техн. наук. Новосибирск, 1986. - 17 с.

81. Назаров А.Д. Дисбаланс автомобильных и тракторных двигателей. -Ашхабад: , 1981.-252 с.

82. Назаров А.Д. Критерии предельного состояния двигателей при неравномерном зазоре в сопряжениях // Двигателестроение. 1983. № 9. С.54-57.

83. Назаров А.Д. Неравномерный износ коренных шеек коленчатых валов двигателей//Вестник машиностроения. 1976. №6. С. 18-21.

84. Назаров А.Д., Серов Л.П. Изнашивание подшипников коленчатых валов// Автомобильная промышленность. 1990. №2. С. 20-21.

85. Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента.-М.:Наука.-1980.-64с.

86. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов.-М.:Наука.-1965.-240с.

87. Неустаношмшшсся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотракторного типа/Ждановский Н.С., Ковригин А.И., Шкрабак B.C., Соминич А.В.- Л.: Машиностроение, 1974.- 224 с.

88. Никитин Е.Л., Станиславский Л.П., Улановский Э.А. и др. Диагностирование дизелей.- М.: машиностроение.-1987.-224с.

89. Николаенко А.В.Теория, конструкция и расчет автотранспортных двигателей.-М.:Колос.-1984.-335с.

90. Ольшевский С.Н. Особенности методики экспериментальных исследований при экспертизе технического состояния многоцилиндровых

91. ДВС//Механизация сельскохозяйственного производства в начале XXI века: сб. науч. Тр./Новосиб. Гос. Аграр. Ун-т. Инженерный ин-т.-Новосибирск, 2001. 323-327.

92. Ольшевский С.Н. Совершенствование технического диагностирования ДВС // Агроинженерная наука итоги и перспективы: Сб.науч.тр по материалам междун. науч.-прак. конф./Новос.гос.агр.ун-т. - Новосибирск, 2004. - с.320-324.

93. Ольшевский С.Н., Федюнин П.И. Повышение топливной экономичности машинно-тракторного агрегата на транспортных работах // Механизация процессов в растениеводстве и кормопроизводстве: Сборник научных трудов/ НГАУ, Новосибирск, 1998.-е 183-187.

94. Ополоник Т.И. Эффективность диагностирования тракторов. М.: Росагропромиздат, 1988. - 126 с.

95. ОСТ 10 2.18-2001. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы экономической оценки.

96. Отставнов А.А., Гребенников А.С. Неравномерность хода автомобильного двигателя и ее определение//Повышение эффективности использования автомобильного транспорта: Межвуз. научн. сб. Вып.2/Сарат. политехи, ин-т. Саратов, 1977. - С.41-46.

97. Патент RU №2208771 G 01 L 23/08, G 01 М 15/00. Способ определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания и устройство для его осуществления./И.П. Добролюбов, П.И. Федюнин, С.Н. Ольшевский. Опубл. 20.07.2003, Бюл. №20.

98. Патент на изобретение РФ № 2175120. Способ определения технического состояния тракторных двигателей и экспертная система для его осуществления. Добролюбов И.П. Савченко О.Ф., Альт В.В. Заявл. 13.04.99.-опубл. 20.10.01.-Бюл. №29.-28 с.

99. Пойда А.Н. Основные принципы индицирования двигателей дискретными устройствами// Двигателестроение.-1982.-№8.-С.24-27.

100. Попык К.Г. Динамика автомобильных и тракторных двигателей.- М.-высшая школа, 1970.- 328с.

101. Построение экспертных систем: Пер. с англ./Под ред. Ф.Хейеса-Рота. Д. Уотермана, Д. Лената.- М.:Мир, 1987.-442с.

102. Прикладная статистика: Классификация и снижение размерности: Справ., изд./Под ред. С.А.Айвазяна.- М.: Финансы и статистика, 1989.-607с.

103. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания.-М.:Высшая школа, 1975.-320с.

104. Рекомендации по организации и технология диагностирования тракторов с помощью установка КИ-13940-ШСНИТИ / ГОСНИТИ. М.: 1985.-96С.

105. Руководство по техническому диагностированию при ТО и ремонте тракторов и с.х. машин. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2001. - 249 с.

106. С.Jl. Марпл-мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ.-М.: Мир, 1990.- 584 с.

107. Савченко О.Ф. Контроль и экспертиза технического состояния тракторных двигателей в условиях эксплуатации. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. Новосибирск, 1996.

108. Савченко О.Ф., Добролюбов И.П., Альт В.В. Измерительный технологический комплекс экспертизы технического состояния ДВС// Двигателестроение. С.-Петербург, № 2.- 1998.- С. 27-30.

109. Семенов Б.П., Павлов Е.П., Копцев В.П. Рабочий процесс высокооборотных дизелей малой мощности.- М.: Машиностроение, 1990.-240с.

110. Синий В.Ф. Контроль герметичности камер сгорания двигателей по неравномерности вращения коленчатого вала в эксплуатационных условиях. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. Новосибирск, 1986.

111. Скибневский К.Ю. Средства и методы диагностирования тракторов. М., «Колос», 1978.

112. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов.-М.:Машиностроение.-1981.-184с.

113. Стечкин Б.С. и др. Индикаторная диаграмма, динамика тепловыделения и рабочий цикл быстроходного двигателя.-М.: Изд-во АН СССР, 1960.-200с.

114. Т пр.29-84. Типовая программа государственных испытаний агрегатных средств.- М.: Изд-во стандартов.-1985.-11с.

115. Техническое обслуживание и ремонт сельскохозяйственной техники в хозяйствах: Справ./ГОСНИТИ.-М.: 1992.-220с.

116. Технологическое руководство по контролю и регулировке тракторных и комбайновых дизелей при эксплуатации. М.: ГОСНИТИ, 2004. - 102 с.

117. Технология диагностирования дизелей тракторов и комбайнов с применением прибора ИМД-Ц//Метод. Рекомендации/ВАСХНИЛ. Сиб. отд-ние.-СибИМЭ.- Новосибирск.-1981.-72с.

118. Технология диагностирования тракторов (ТО-1, ТО-2). -М.ТОСНИТИ. 1980. - 52 с.

119. Топилин Г.Е., Забродский В.М. Работоспособность тракторов.-М.: Колос.-1984.-303с.

120. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справ. -Л.: машиностроение, 1974.- 264с.

121. Федюнин П.И. Совершенствование средств контроля расхода топлива дизельных двигателей сельскохозяйственного назначения в условиях эксплуатации. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. Новосибирск, 1991.

122. Фомин Ю.А., Никонов Г.В., Ивановский В.П. Топливная аппаратура дизелей. Справ.-М.: Машиностроение, 1982.- 168с.

123. Хин A.M., Шонов И.М. Исследование параметров топливной аппаратуры тракторов «Кировец». Особенности эксплуатации и ремонта машин в АПК.- Целиноград.-1980.-с 17-21.

124. Цветков Э.И. Основы теории статистических измерений.- JI.: Энергия.-Ленигр. отд-ние, 1979.- 289 с.

125. Цой И.М., Заболотный В.А. К вопросу об оценки неравномерности износа деталей двигателя // Автомобильная промышленоссть. 1971.№2.-С. 1-3.

126. Bedros J. Diagnostica osobnich automobilu.- Praga: SNTL, 1976.- 316p. Blanchi V., Latsch R. Ein einfeches und objections Hebverfahren fur die Zaufunruhe.-MTZ, 1978.39. №7-8. S.303-306.

127. Buna B. Elektronika az autoban. Budapest: Muszaki Konyvkiado,1976.-192c.

128. Mauer G.F., Watts R.J. Combustion engine performance diagnostics by kinetic energy measurement- Trans ASME J. Eng. Gas Turbines and Power,1990-112. №3.-P. 301-307.

129. Mundt M., Spruch W. Diagnosevcrfahren fur das Leistungsvcrmogcn von Verbrennungs motoren. DDR, Patentschrift №244638. GO 1M15/00 1987.- 7 s.

130. Patent 3677075' (US)/ Metod to the detection and classification defcct in internal combustion engine// Scott W., 1972. 8 p.

131. Theoretische Betrachtungen und prakische Erfahrungen zur Anwendung rationeller Verfahren der Komplexdiagnose von Diesel motoren.//Agratechnik -1981.-31 №3. S. 95-100.