автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Методология диагностики агрегатов автомобилей электрофизическими методами контроля параметров работающего масла

На правах рукописи

4

ВЛАСОВ ЮРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

МЕТОДОЛОГИЯ ДИАГНОСТИКИ АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЕЙ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОТАЮЩЕГО МАСЛА

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 г Фье 2015

Томск-2015

005558835

005558835

Официальные оппоненты:

Работа выполнена на кафедре «Автомобили и тракторы» ФГБОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет» (ТГАСУ).

Научный консультант: Удлер Эдуард Исаакович

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автомобили и тракторы» ФГБОУ ВПО ТГАСУ

Болдин Адольф Петрович

доктор технических наук, профессор кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервиса» ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»

Гребенников Александр Сергеевич

доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Корнеев Сергей Васильевич

доктор технических наук, профессор кафедры «Химическая технология и биотехнология» ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный

университет», г. Оренбург

Защита состоится «24» апреля 2015 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д212.073.04 при ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет» по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет» (ИрГТУ) и на сайте http://www.istu.edu/structure/54/4393/

Автореферат разослан «24» января 2015 г.

Отзывы на автореферат (два экземпляра, заверенные организацией) направлять в адрес диссертационного совета:

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Д 212.073.04 E-mail: ds04@istu.edu; Факс: (3952) 40-58-69,

Ученый секретарь диссертационного совета

С.Ю. Красноштанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Автомобильный транспорт, осуществляя автоперевозки практически всех видов грузов и людей, предопределяют производственный рост-большинства отраслей России, поэтому повышение эффективности эксплуатации автотранспортных средств (АТС) является одной из приоритетных проблем транспортной отрасли страны.

Условия эксплуатации автомобильного транспорта и типы его подвижного состава достаточно разнообразны. Опыт эксплуатации АТС и ряд работ исследователей показывают, что выполнение регламентных видов технического обслуживания и ремонта (ТОР) не всегда повышает ресурс автомобилей и снижает вынужденные простои в ремонте. Уже к четвертому году эксплуатации вероятность возникновения отказов может достигать 18-22%. Трудовые затраты на текущий ремонт (ТР) могут составлять 65-70 % и более от всех трудовых затрат на поддержание автомобилей в работоспособном состоянии. Значительная продолжительность устранения отказов приводит к снижению важного эксплуатационного показателя автотранспортного предприятия (АТП) - коэффициента технической готовности (КТГ)-

Эффективность технической эксплуатации автомобилей (ТЭА) во многом определяется совершенством методологии, организации и технологии их диагностирования. В ряде крупных АТП Кузбасса, Якутии и других регионов функционируют диагностические службы контроля и управления надежностью агрегатов автомобилей (СКУНА) по параметрам работающего масла (ПРМ), где информацию о техническом состоянии системы «среда - агрегат - масло» обеспечивают лабораторные методы физико-химических анализов масла (ФХАМ) и эмиссионный спектральный анализ масла (ЭСАМ). При этом ЭСАМ по отношению к ФХАМ является экспрессным методом, т. к. базируется на взаимодействии смазочной среды с электрическим полем, и дальнейшее развитие электрофизических методов контроля ПРМ, при диагностировании агрегатов автомобилей с замкнутыми системами смазки (ЗСС), является перспективным.

Общей методологической проблемой является факт того, что существующие лабораторные методы ФХАМ обладают рядом недостатков. Как правило, их рабочие процессы базируются на таких физических и химических методах, практическое выполнение которых обуславливает высокую трудоемкость анализа масла. Методы также зависимы от наличия специальных лабораторных условий, химической посуды и реактивов. По этой причине СКУНА по ПРМ обеспечивают диагностику, главным образом, двигателей, упуская диагностический контроль агрегатов трансмиссии и гидравлических систем. Положение усугубляется и тем, что на автомобилях отсутствуют бортовые системы диагностики агрегатов по ПРМ, что приводит к снижению эксплуатационной надежности отдельных узлов и агрегатов и увеличивает их время простоев в ремонте.

В настоящее время эксплуатация АТС регламентируется нормативно-технической документацией, в которой не отражено место диагностики по ПРМ в структуре системы ТОР, что свидетельствует о недостаточной проработанности вопроса организации производственных процессов в АТП.

Противоречие между стремлением повысить эффективность эксплуатации

АТС за счет снижения временных, производственных и финансовых затрат путем повышения информативности диагностирования, в основу которого положены обоснование, разработка и внедрение оперативных методов контроля, с одной стороны, и низким уровнем знаний о закономерностях процессов формирования диагностических параметров, характеризующих изменения технического состояния системы «агрегат - масло» электрофизическими методами контроля, с другой стороны, создает проблемную ситуацию. Таким образом значительное повышение эффективности эксплуатации автомобильного транспорта, за счет снижения временных, производственных и финансовых затрат при выполнении ТОР на основе изыскания, научного обоснования, разработай и применения высокопроизводительных электрофизических методов контроля, диагностики технического состояния агрегатов АТС по ПРМ является актуальной научной проблемой, сдерживающей прогресс в отрасли

Рабочей гипотезой, исходной при решении сформулированной проблемы, являлось предположение о том, что значительное повышение эффективности эксплуатации автомобильного транспорта, процессов ТОР возможно посредством изыскания, научного обоснования, разработки и применения высокопроизводительных электрофизических методов контроля, диагностики технического состояния агрегатов АТС по параметрам работающего масла, на основе выявления, анализа и учета закономерностей в системе «среда - агрегат — масло», а также научного обоснования их места в технологических процессах и структуре системы ТОР АТП.

Объектом исследования являются процессы изменения параметров работающего масла вследствие изменения технического состояния агрегатов автомобилей, процессы изменения диэлектрических свойств смазочной среды от воздействия на работающее масло загрязняющих компонентов, а также процессы изменения показателей системы ТОР при совершенствовании существующих и внедрении новых электрофизических методов контроля ПРМ.

Предметом исследования являются закономерности изменения диагностических параметров работающего масла, функционально зависящих от технического состояния агрегатов автомобилей, а также закономерности изменения показателей системы ТОР при совершенствовании существующих и внедрении новых электрофизических методов кошропя ПРМ в производственные процессы АТП.

Область исследования соответствует паспорту научной специальности 05.22.10 «Эксплуатация автомобильного транспорта», а именно: формуле специальности - исследование и совершенствование технологии процессов технического обслуживания, обеспечивающих работоспособность автомобильного транспорта; области исследований - п. 13 «Технологические процессы и организация технического обслуживания, ремонта и сервиса; методы диагностики технического состояния автомобилей, агрегатов и материалов».

В соответствие п. 13 разработаны методы экспресс-диагностики агрегатов АТС по ПРМ, базируемые на процессах электрофизического взаимодействия смазочной среды с продуктами загрязнения, которые поступают в работающее масло вследствие нарушений технического состояния деталей агрегатов АТС.

Целью работы является повышение эффективности эксплуатации автомобильного транспорта, процессов ТОР, контроля и диагностики АТС посредством

изыскания, научного обоснования, разработки и применения высокоэффективных методов диагностирования агрегатов автомобилей с замкнутыми системами смазки на основе электрофизической оценке параметров работающего масла.

Для достижения указанной цели в настоящей работе поставлены следующие задачи исследования:

1) разработать научные основы методологии экспресс-диагностирования автомобильных агрегатов с замкнутыми системами смазки электрофизическими методами контроля ПРМ и научно обосновать ее роль и место в технологических процессах и в структуре системы ТОР АТП;

2) разработать математические и имитационные модели, базирующиеся на выявленных закономерностях изменения диэлектрических свойств смазочной среды от воздействия на работающее масло загрязняющих компонентов, и на их основе научно обосновать методы контроля ПРМ, характеризующие отклонения в техническом состоянии диагностируемых агрегатов автомобиля с ЗСС;

3) разработать комплекс методик проведения экспериментальных исследований на основе поставленных научных задач;

4) выявить функциональные зависимости диагностических параметров от концентраций загрязняющих компонентов в масляной среде и от параметров, определяемых стандартными методами анализа масла, на базе выполненных исследований процессов взаимодействия работающего масла с элеюрическим полем;

5) научно обосновать допустимые нормативы диагностических параметров работающего масла и прогнозирование остаточного срока службы масла, через показатели загрязненности работающего масла, используя разработанные электрофизические методы экспресс-диагностики;

6) выполнить производственную проверку результатов научного исследования как комплекса технических и организационных мероприятий и дать им технико-экономическую оценку.

Методы и средства исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с использованием физической и химической теорий диэлектриков, а также теорий электротехники, техники высоких напряжений, триботехники, химмотологии, методов расчета ресурса технических систем.

Работа выполнена в сертифицированной лаборатории для оценки свойств нефтепродуктов. Нестандартные средства диагностического контроля прошли метрологическую экспертизу.

Для обработки результатов исследований использовались методы математической статистики, дисперсионного и регрессионного анализов, системного анализа, имитационного моделирования.

Задачи по управлению техническим состоянием автомобилей решались с использованием основных положений теории ТЭА.

Научной новизной обладают:

1) методология экспресс-диагностирования автомобильных агрегатов с ЗСС, на основе разработанных электрофизических методов контроля ПРМ, обеспечивающая снижение трудоемкости методов ФХАМ, расширение номенклатуры диагностируемых агрегатов, сокращение продолжительности вынужденных простоев в ремонте за счет выявления и устранения неисправностей на ран-

них стадиях, повышение коэффициента технической готовности АТП;

2) диагностический параметр общей диэлектрической проницаемости работающего масла, находящийся в функциональной зависимости от значений диэлектрических проницаемостей смазочного масла и привнесенных в него продуктов износа, атмосферной пыли, воды и моторного топлива, учитывающий их концентрацию и обеспечивающий определение отклонений в техническом состоянии автомобильных агрегатов с ЗСС;

3) диагностический параметр - индекс качества масла Икм, позволяющий определять степень загрязненности работающего масла как разностную частоту колебательного контура между образцами проб свежего и работающего масла;

4) диагностический параметр - коэффициент интенсивности свечения КИс, позволяющий определять степень загрязненности работающего масла как отношение длин корон высоковольтных тлеющих разрядов от проб работающего и свежего масел, находящихся в электрическом поле высокого напряжения;

5) выявленные закономерности между научно обоснованными диагностическими параметрами и загрязняющими масло компонентами, позволяющие обнаруживать в нем: наличие продуктов износа, моторного топлива, воды, атмосферной пыли, а также, по концентрациям загрязняющих компонентов, диагностировать техническое состояние агрегатов и прогнозировать их ресурс;

6) структура технологических процессов в системе ТОР АТП включающая высокоэффективные методы экспресс-диагностирования автомобильных агрегатов с замкнутыми системами смазки.

Праюпческая значимость работы:

1) службам диагностики АТП электрофизические методы экспресс-диагностики АТС по ПРМ в технологических процессах ТОР позволяют повышать информативность диагностирования, расширять номенклатуру диагностируемых агрегатов в 3 раза и сокращать время поиска неисправностей, службам ТО снижать расходы смазочных материалов, службам ТР снижать эксплуатационные затраты на устранение неисправностей и простои АТС в ремонте на 27 %;

2) сотрудникам лабораторий СКУНА электрофизические методы экспресс-диагностики АТС по ПРМ позволяют повышать производительность методов ФХАМ на 15...20 %, сокращать время контакта человека со смазочной средой в 9 раз, увеличивать производственную программу выполняемых анализов масла, не изменяя штат сотрудников;

3) операторам-диагностам АТП или автосервиса при отсутствии СКУНА по ПРМ, электрофизические методы контроля ПРМ позволяют диагностировать агрегаты АТС непосредственно на постах диагностики;

4) проектировщикам диагностического оборудования методики, анализа процессов взаимодействия работающего масла с электрическим полем, позволяют совершенствовать существующие и разрабатывать новые высокоэффективные электрофизические средства измерения ПРМ;

5) работникам АТП и автосервисов метод анализа иерархий по малоструктурированным критериям альтернатив дает возможность осуществлять оптимизированный выбор диагностического оборудования для заданных условий эксплуатации;

6) теоретические и экспериментальные результаты работы могут быть использованы преподавателями технических вузов автомобильных специальностей при подготовке специалистов в области технической диагностики АТС.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методология экспресс-диагностирования автомобильных агрегатов с ЗСС, включающая новые электрофизические методы контроля ПРМ, обеспечивает значительное повышение оперативности и информативности диагностирования автомобильных агрегатов, снижение трудоемкости методов ФХАМ, расширение номенклатуры диагностируемых агрегатов, позволяет совместно с комплексом технических воздействий значительно снижать временные, производственные и финансовые затраты при выполнении ТОР, а также повышать коэффициент технической готовности автомобилей в АТП.

2. Загрязнители работающего масла (продукты износа и окисления, атмосферная пыль, вода, моторное топливо), с учетом концентраций, изменяют его общую диэлектрическую проницаемость, анализ которой обеспечивает возможность контроля ПРМ и диагностирование технического состояния агрегатов.

3. Метод колебательного контура позволяет оценивать степень загрязненности масла по разностной частоте между образцами проб свежего и работающего масел на основе диагностического параметра - индекса качества масла Икм- При этом значение разностной частоты обратно пропорционально значению диэлектрической проницаемости исследуемого масла и функционально связано со значениями емкости измерительной ячейки, ее геометрическими размерами и напряженностью электрического поля при низком напряжении.

4. Фотометрия газового разряда позволяет оценивать степень загрязненности работающего масла на основе коэффициента интенсивности свечения КИс, который равен отношению длин корон скользящих разрядов у работающего и свежего масел. Регистрируемая интенсивность свечения короны разряда пропорциональна диэлектрической проницаемости работающего масла, помещенного в электрическое поле газоразрядной камеры высокого напряжения. Длина короны скользящего разряда, измеряемая от кромки электрода до границ спада свечения, находится в функциональной зависимости от диэлектрической проницаемости исследуемого работающего масла нанесенного на поверхность изолятора на границе раздела сред «изолятор - масло - загрязняющий компонент - воздух».

5. Эмпирические зависимости, определяющие взаимосвязь загрязненного масла с показателями технического состояния агрегатов АТС, позволили установить следующие новые закономерности: наличие продуктов износа в масле значительно повышает значения Икм и КИс; наличие моторного топлива в масле снижает значение Икм и повышает КИс; наличие воды в масле обеспечивает повышающий дрейф значения ИКм и значительно снижает КИс; наличие продуктов атмосферной пыли незначительно повышает значение Икм и снижает КИсЛичный вклад автора. Все основные идеи, положенные в основу методологии предварительного контроля АТС в системе ТОР, а также разработанная методология экспресс-диагностики на базе новых и совершенствования существующих методов контроля ПРМ, реализованы самим соискателем или под его руководством.

Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается:

1) значительным объемом комплексных исследований, выполненных в условиях ЗАО «Стройсервис» и на АТП Кузбасса и Томской области в течение 7 лет;

2) метрологическими показателями средств измерения, методологией исследования, включающей в себя сопоставимость результатов апробируемых методов контроля с результатами стандартных методов ФХАМ;

3) корректным использованием современного математического аппарата, достоверностью исходной информации, сопоставимостью теоретических и экспериментальных результатов;

4) отсутствием противоречий с результатами ранее проведенных исследований другими учеными и обширной информацией по технической диагностике, электрофизике, технике высоких напряжений, системному анализу и другим направлениям наук, а также с публикациями в рецензируемых изданиях.

Реализация результатов работы. Результаты по повышению эффективности эксплуатации АТС внедрены в ЗАО «Стройсервис» г. Кемерово и приняты к использованию в ОАО «Вахрушевская автобаза» г. Киселевска Кемеровской области в виде нормативного документа «Положение о предварительном контроле агрегатов карьерного автотранспорта по параметрам работающего масла», а также в ОАО «Томскавтотранс», в ООО «Газпром трансгаз Томск» и др.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры «Автомобили и тракторы» ТГАСУ.

Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались и одобрены: на V Международной научно-практической конференции (МНПК) «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2007 г.); МНПК «Ресурсосберегающие технологии технического сервиса» (Уфа, 2007 г., 2013 г.); МНПК «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (Тюмень, 2009 г.); МНПК «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня» (Санкт-Петербург, 2009-2013 гг.); III, V и VI МНПК «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса» (Пенза, 2010 г., 2012 г., 2013 г.); IX МНПК «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2011 г.); ВНПК «Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве» (Орск, 2011-2013 гг.); I, II и III МНПК «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса» (Новокузнецк, 2011-2013 гг.); XI МНПК «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2014 г.); НТС СибАДИ (Омск, 2014 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 50 научных работах, в т. ч. 24 публикации в изданиях перечня ВАК РФ, 1 монография, 3 патента на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографического списка из 376 наименований, 7 приложений, изложена на 368 страницах машинописного текста, включает 87 рисунков и 54 таблицы.

При выполнении данной работы в качестве консультантов принимали участие профессор Э.И. Удлер, профессор Н.Т. Тищенко, профессор Ю.С. Сарки-

сов, которым автор выражает свою глубокую признательность.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность научной проблемы по теме диссертации, сформулированы цель, идея и задачи исследований, определены объект и предмет исследований, описаны методы исследовании, представлены научные положения, защищаемые автором, и научная новизна. Отражены практическая значимость работы, реализация её результатов. Приводятся сведения о достоверности и апробации работы, а также о публикациях, структуре и объеме.

В первой главе приведен анализ причин низкой эксплуатационной надежности автомобилей, устанавливающий значительную долю отказов агрегатов, оборудованных ЗСС, и анализ диагностических методов для контроля ПРМ.

Автомобили функционально образуют структуру взаимосвязанных агрегатов, механизмов и систем (двигатели внутреннего сгорания (ДВС), гидромеханические передачи (ГМП), гидравлические системы (ГС) и др.), которые объединяются общим техническим признаком - наличием ЗСС. При работе таких агрегатов и систем, в зависимости от условий ТЭА, происходит накопление продуктов износа, загрязнения и старения работающего масла, что снижает надежность агрегатов и приводит к их преждевременным отказам. Для повышения показателей надежности и снижения отказов на транспорте давно и с успехом применяется планово-предупредительная система ТОР, где диагностике технического состояния автомобилей отводится важная роль.

Анализ литературных источников показывает, что глубоко и всесторонне вопросы технической диагностики автомобилей рассматривались в работах Ф.Н. Авдонькина, И.Н. Аринина, И.А. Биргера, А.П. Болдина, В.И. Виноградова, Ю.А. Васильева, A.C. Гребенникова, Н.Я. Говорущенко, И.Б. Гурвич, Ю.А. Гурьянова, A.C. Денисова, А.П. Дунаева, Н.С. Ждановского, В.Е. Канарчука, В.В. Клюева, A.B. Колчина, Б.И. Ковальского, Е.С. Кузнецова, В.М. Лившица, H.H. Маслова, Л.В. Мирошникова, В.М. Михлина, A.B. Николаенко, П.П. Пархоменко, Н.С. Пасечникова, А.Г. Сергеева, П.Э. Сыркин, И.П. Терских, Б.А. Улитова, А.И. Федотова, A.M. Шейнина и многих других авторов.

Несмотря на серьезный научный задел и практическую реализацию результатов научных исследований, показательна, например, техническая эксплуатация большегрузных автомобилей. Разработкам теоретических и практических вопросов повышения показателей надежности таких автомобилей посвящены труды К.Ю. Анистратова, В.И. Белозерова, A.B. Биденко, В.А. Васильева, М.В. Васильева, Ю.Е. Воронова, В.И. Галкина, Б.Л. Герике, А.Н. Егорова, И.В. Зырянова, А.Н. Казареза, B.C. Квагинидзе, П.И. Коха, A.A. Кулешова, П.А. Мариева, В.И. Морозова, 3Л. Сироткина, И.М. Циперфина, В.Д. Штейна и других авторов.

Установлено, что доля отказов агрегатов большегрузных АТС с ЗСС, может превышать 50...70 %, доля неплановых простоев из-за отказов агрегатов может достигать 27...45 %, а КТГ парка автомобилей не превышать 0,58...0,71.

Проблему выявления отказов у агрегатов автомобилей на ранней стадии целесообразно решать методами контроля, которые информируют о техническом состоянии агрегатов автомобилей на основе анализа ПРМ.

К настоящему времени накоплен большой опыт практической реализации диагностического контроля двигателей АТС по ПРМ в условиях АТП. Значительный вклад в развитие такой методологии диагностирования двигателей и других агрегатов АТС внесли В.А. Аметов, JI.C. Васильева, C.B. Венцель, М.А. Григорьев, Ю.А. Гурьянов, Б.И. Ковальский, C.B. Корнеев, С.К. Кюрегян, B.JI. Лашхи, A.B. Непогодьев, Р.Г. Нигматуллин, К.К. Папок, H.H. Пономарев, А.И. Соколов, Н.Т. Тищенко, A.A. Хорешок, Н.В. Храмцов, В.В. Чанкин, В.Н. Шато-хин, Г.И. Шор и другие. В работах этих ученых отражены результаты исследований, связанные с оценкой технического состояния агрегатов АТС физико-химическими и спектральными методами анализов масла.

В АТП Кузбасса и ряда других регионов страны инструментальные службы диагностики автомобилей дополняются СКУНА по ПРМ, главной задачей которой является своевременное выявление повышенных и аварийных износов, неисправностей систем очистки масла и воздуха, неисправностей топливной аппаратуры, утечек из системы охлаждения и др. Диагностическими признаками являются выявленные концентрации механических примесей, моторного топлива и воды (охлаждающей жидкости) в масле. Причем сложность проблемы диагностирования по ПРМ заключается в том, что работающее масло, являясь полноправным конструкционным материалом узла трения, способно одновременно загрязняться большим количеством компонентов в различных концентрациях.

Работа СКУНА АТП регламентируется нормативными документами, в которых до настоящего времени не указывалось место процессу диагностирования автомобилей по ПРМ в структуре системы ТОР подвижного состава. Диагностический контроль автомобильных агрегатов по ПРМ, по причине высокой трудоемкости лабораторных методов анализа, осуществляется за 2-3 суток до проведения плановой инструментальной диагностики, что выводит работу СКУНА по ПРМ за пределы системы ТОР. При расчете годовой производственной программы АТП нормативы труда и периодичности ТО не корректируются функционированием СКУНА по ПРМ в структуре АТП.

Анализ состояния вопроса применяемых в эксплуатации методов экспресс-диагностики показывает, что перспективными являются методы, базирующиеся на электрофизической оценке ПРМ. Тогда комплекс таких диагностических методов и средств, с учетом установленных проблем, позволяет научно обосновать методологию экспресс-диагностирования, обеспечивающую снижение трудоемкости методов ФХАМ и расширение номенклатуры диагностируемых агрегатов, что повысит информативность диагностирования АТС и повлияет на показатели ТЭА.

Перспективность темы научного исследования оценивалась методом анализа иерархий, который обосновывает целесообразность научных разработок электрофизических методов экспресс-диагностики агрегатов АТС по ПРМ.

Результаты проработки вопросов первой главы позволили определить направления исследования, сформулировать его цель и задачи.

Вторая глава посвящена основам методологии экспресс-диагностирования агрегатов АТС, с определением ее места в технологических процессах системы ТОР, а также теоретическим вопросам научного обоснования электрофизических методов контроля ПРМ в автомобильных агрегатов с ЗСС.

и

Анализ литературных источников и результатов обзора исследований с учетом выявленных противоречий, проблем и задач позволил разработать общую модель функционирования системы «среда - агрегат - масло» в процессе эксплуатации АТС (рисунок 1), которая связывает содержательную область полученных знаний в единую методологию диагностирования агрегатов автомобилей электрофизическими экспресс-методами контроля ПРМ.

1 1 ^

I

I ктп

смп

пу

стор}|ь

пд

ТсгпЦ

|ШГ

3

ГГ"

тс

В

ргП | прр | Гптс

IV

грйЖИЗ] ■нГосЦ

ож

"1

^ггЬ—Нтг-НЭд

со|| сп ||сом ii сов цсвк

VI

! [эсамН-----

--—

1--§ХАМН-----1—

ЦвтсЦ ШеЮ ЁШз о^п |

Ш1

р

X

ктг

кип

Ор

33

-► Основные связи

--^ Вспомогательные связи

Управляющие воздействия

Рисунок 1 - Структурная схема процесса исследования системы «среда - агрегат -масло» электрофизическими методами контроля: I - управляющие параметры; II - параметры внешних факторов; III - внутренние параметры объекта исследования; IV - функциональные параметры объекта исследования; V - параметры состояния объекта; VI - оценочные параметры; VII - параметры эффективности; 1 - агрегат (трибологическая система); 2 - параметры завода-изготовителя; 3 - параметры эксплуатации; 4 - природно-климатические и дорожно-транспортные условия; 5 - параметры агрегата; 6 - параметры технических систем; 7 - параметры трибологической системы; 8 - параметры диагностической аппаратуры; 9 - параметры контроля; 10 - показатели эффективности; ТС - трибосопряжение; РМ - работающее масло; МС - масляная система; КТП - конструкторско-технологические параметры; СМП - смазочные материалы и присадки к маслу; ПУ - параметры управления; СТОР - система ТОР; КЗ -климатическая зона; АС - агрессивность среды; ПНЭ - пробег с начала эксплуатации; РТГ -расстояние транспортирования грузов; ДП - длина подъема; УП - угол подъема; ПД - дорожное покрытие; КГП - крепость пород; РП - регулировочные параметры; ПРР - параметры рабочих режимов; ПТС - параметры технического состояния; СО - система охлаждения; СП -система питания; СОМ - система очистки масла; СОВ - система очистки воздуха; СВК - система вентиляции картера; МКИ - механические и коррозионные износы; ОС - окисление масла и образование отложений; ОЖ - загрязнение охлаждающей жидкостью; МТ - загрязнение моторным топливом; НВ - низковольтное воздействие; ВВ - высоковольтное воздействие; ЭФАМ - электрофизический анализ масла; ЭСАМ - эмиссионный спектральный анализ масла; ФХАМ - физико-химический анализ масла; ВТС - вязкостно-температурные свойства; КОС -кислотно-основные свойства; ДС - моюще-диспергирующие свойства; ПЗ - показатели загрязненности; Р - простои в ремонта; КТГ - коэффициент технической готовности; КИП - коэффициент использования парка; ПП - параметры производительности; ЭЭ - экономическая эффективность; и, Ф, У, X, К, - числовые значения параметров, определяющих процесс исследования; ш, п, к,], 1 - индексы, определяющие множества числовых значений

Свойства | средств

Площадь электродов 3

Толщина диэлектрика

и—1—'и

[г

Разность потенциалов

и

Напряженность электрополя

Рабочие процессы средств измерения

Индуктивность

Емкость конденсатора _ С

Свойства | работающего!

Циэлектрическая проницаемость

Тактовая частота Г

—---1---и

Процессор

Показатель импульсов

| Крнцентрация | компонента

Диагностический гр-параметр

Индекс качества маслг И км

Рисунок 2 - Структурная схема низковольтных электрофизических процессов при выявлении диагностического параметра

Свойства средств измерения

Толщина диэлектрика б

Разность потенциалов

и

Рабочие процессы средств измерения

Напряженность электрополя Елш

Поверхностное сопротивление Р

Длина короны разряда I

Интенсивность 1

света

Ы

Диэлектрическая проницаемость

Свойства | работающего! масла

Процессор

Крнцентрация компонента

Цветовая модель

I

-1™

Диатостический---т---л

параметр ! Коэффициент I

интенсивности свечения Кис

Рисунок 3 - Структурная схема высоковольтных электрофизических процессов при выявлении диагностического параметра

Рисунок 4 - Структурная схема, устанавливающая влияние экспресс-диагностики на ТЭА

Поставленные задачи решались тремя этапами аналитического исследования.

1. Обосновывался выбор измерительной схемы колебательного контура, принцип действия которой положен в основу метода контроля, где посредством измерения разностной частоты колебательного контура определяется степень загрязненности работающего масла (рисунок 2).

2. Обосновывался новый метод контроля, использующий закономерности техники высоких напряжений и фотометрии газового разряда, который позволяет оценить степень загрязненности работающего масла через интенсивность газоразрядного свечения (рисунок 3).

3. Обосновывались теоретические предпосылки влияния методов экспресс-диагностики на показатели ТЭА, где электрофизические методы контроля ПРМ позволяют расширять номенклатуру диагностируемых агрегатов и сокращать трудоемкость ТОР АТС (рисунок 4).

Работающее масло, которое за время его эксплуатации претерпевает структурные изменения посредством окисления и загрязнения привнесенными компонентами, рассматривается как бинарная смесь. В этом случае, состояние работающего масла высокоинформативно оценивается отношением показателей загрязненного масла к свежему маслу идентичной марки, которое определяет величину потери исходных свойств или степень загрязненности работающего масла.

Смазочное масло и большинство загрязняющих компонентов (вода, продукты окисления, моторное топливо, частицы пыли), обладая диэлектрическими свойствами, образуют статистическую смесь с эффективной диэлектрической проницаемостью б *.

Для моделирования процессов, оценивающих загрязнения работающего масла моторным топливом, которое растворяется в смазочной среде, или водой, не образуя никаких регулярных структур в масле, применяется формула Оде-левского для двухкомпонентных статистических смесей, в которой загрязняющие компоненты считаются расположенными хаотически:

е * = А +

Л = 1[(Зу,-1>1+(Зу2-1)е2]

0)

где е,и е2 - диэлектрические проницаемости смазочного масла и загрязняющего компонента соответственно; г1+г2 =1- объемное долевое содержание компонентов масляной смеси.

Для оценки механических примесей в работающем масле, рассматриваемых в виде дисперсной фазы в однородной дисперсионной смазочной среде, применяется формула Оделевского для матричного расположения частиц в смеси:

е* = е]

1 + -

у2

1 - v-

у2

Е2 ~Е1 /

Эффективные диэлектрические проницаемости, определяемые формулами (1) и (2), представляют интерес в том случае, когда дисперсная фаза в дисперсионной масляной среде является диэлектриком, т. е. это вода, атмосферная пыль, продукты неполного сгорания топлива, продукты окисления или полимеризации. Если дисперсная фаза является проводником, то для расчета диэлектрических матриц с проводящими включениями, при условии е2 -» °о применяется упрощенная формула Брюггемана:

Выбор формул для описания диэлектрической проницаемости статистической смеси при моделировании процессов контроля загрязненности масляной среды (рисунок 5) выполняется при соблюдении постулата пропорциональности

(2)

Винера, где значение в * меняется в одинаковом соотношении с изменением значений е,- всех компонентов смеси и симметричности в отношении всех компонентов смеси. Значение е * не должно меняться в зависимости от изменения того или иного компонента, характеризуемого индексом /.

В качестве оценочного параметра средств диагностики, позволяющего определять отклонения в техническом состоянии автомобильных агрегатов с замкнутыми системами смазки по наличию привнесенных в работающее масло загрязняющих компонентов износа, атмосферной пыли, воды и моторного топлива, следует использовать эффективную диэлектрическую проницаемость статистической масляной смеси е*, которая находится в функциональной зависимости от значений диэлектрических про-ницаемостей отдельных компонентов б, и е2 и их концентраций VI и у2 и способна оценивать состояние загрязненного масла по изменениям этих компонентов.

Обоснование резонансного метода колебательного контура для оценки параметров работающего масла, помещенного между обкладками конденсатора в область низкого напряжения (9... 12 Рисунок 5 - Алгоритм имитационной модели В), базируется на теории физики оценки ПРМ, выраженный через Икм

диэлектриков в области слабых полей. Здесь собственная частота колебательного контура определяется формулой Томсона:

/,=1/(271^), (4)

где Ь — индуктивность, является величиной постоянной и характеризуется параметрами конструкции импульсного генератора.

Формула (4) положена в основу электрофизической методологии оценки ПРМ.

Зависимости, связывающие эффективную диэлектрическую проницаемость масляной среды е* с измеряемыми физическими величинами, формально оцениваются напряженностью электрического поля

Е = и/</ (5)

и емкостью конденсатора

С,-= е0е*5/с/, (6)

где и - разность потенциалов; с1 - толщина диэлектрика (расстояние между электродами); 5-площадь электродов; е0 - диэлектрическая постоянная.

Переменная емкость сухого датчика С0 зависит от вида диэлектрика между обкладками конденсатора (емкостного датчика) при помещении свежего (эталонного) смазочного масла в измерительное устройство между обкладками конденсатора колебательный контур настраивается подбором емкости Сэ в резонанс собственной частоты /1 импульсного генератора. При нанесении работающего масла на датчик результирующая емкость См возрастает, а собственная частота /2 колебательного контура уменьшается, резонанс нарушается:

1

С\ = Сп + с.

/2-

1

и " " 2лт]ЬС2 С2 =С0+СЭ + С\

(7)

6 7

1

5

1 1

2 1

V

Исследованиями установлено, что частота колебательного контура/2 от помещенной пробы работающего масла между обкладками конденсатора обратно пропорциональна значениям концентрации \2 и диэлектрической проницаемости е2 загрязняющего компонента. Тогда степень расстройки контура определяется величиной диэлектрической проницаемости загрязняющего компонента, оказывающей влияние на первоначальную частоту контура со свежим маслом, т. е.ЛГ = (Д-/2)//,.

Результат оценки степени загрязненности масла достигается сравнением частот условного показателя импульсов, реализованного по схеме (рисунок 6), через диагностический показатель индекса качества масла:

кхЛ-к2/2

где К] и К2 - частотные коэффициенты импульсов; /, и /2- соответственно частота колебательного контура со свежей пробой масла и работающего.

Рисунок 6

И

КМ

Блок-схема измерительного прибора: 1 - опорный генератор; 2 - перестраиваемый генератор; 3 — переменный резистор; 4 — емкостный датчик; 5 - делитель; 6 - детектор; 7 - индикатор

(8)

Степень загрязненности работающего масла находится в зависимости от расстройки частотного колебательного контура N и определяется диагностическим параметром - индекс качества масла Икм, который увеличивает свое значение пропорционально росту концентрации и диэлектрической проницаемости е2 загрязняющего компонента при условии, что диэлектрическая проницаемость е2 выше диэлектрической проницаемости £1 свежего масла. Если диэлектрическая проницаемость загрязняющего компонента е2 ниже показателя е1 для свежего масла, то значение индекса качества масла Ит снижается. При этом значение частоты^ колебательного контура обратно пропорционально значению диэлектрической проницаемости е* исследуемого масла и функционально связано со значениями емкости С, измерительной ячейки, ее геометрическими размерами 5 и й? и напряженностью электрического поля Е. Загрязненность масла оценивается сравнением индекса качества масла И км с допустимыми значениями Сд(ИКм), при котором масло считается работоспособным.

Обоснование метода высоковольтного тлеющего разряда для оценки параметров работающего масла, помещенного между обкладками конденсатора в область высокого напряжения (более 1 кВ), базируется на теориях газового разряда, техники высоких напряжений, физики диэлектриков в области сильных полей, фотографических процессов.

Для оценки ПРМ используется схема газоразрядной визуализации (рисунок 7). Работа схемы газоразрядной визуализации сводится к следующим процессам. Между исследуемым объектом 1 и диэлектрической пластиной (изолятором) 2, на которой размещается объект, подаются импульсы напряжения (частотой, более 1 кГц) от высоковольтного генератора 6 при малой силе тока (-0,1 мА).

На обратную сторону диэлектрической пластины 2 нанесено токопрово-дящее покрытие. При высокой напряженности поля в газовой среде между исследуемым объектом 1 и пластиной 2 образуется корона разряда, скользящего по поверхности изолятора. Свечение разряда преобразуется оптической системой 3 в видеосигнал, который записывается в блок памяти 5 процессора 4.

При помещении работающего масла тонким слоем на поверхность изолятора и создании электрического поля высокого напряжения на поверхности масла будут протекать процессы ионизации и рекомбинации с испусканием фотонов света. Интенсивность света, излучающая световой поток с1Ф от короны разряда с напряженностью электрического поля Е и диэлектрической проницаемостью вещества г, описывается зависимостью

1ч=е0с^Е2/2, (9)

где с - электродинамическая постоянная (скорость света в вакууме); р - магнитная проницаемость среды.

Интенсивность излучения светового потока при постоянных значениях

Рисунок 7 -зуализации

Схема газоразрядной ви-

температуры, влажности, атмосферного давления и импульсного напряжения зависит от величины эффективной диэлектрической проницаемости масляной среды с учетом концентрации загрязнителей. При этом световой поток /,. a dO , падающий на единицу поверхности светочувствительного слоя dSm, создает освещенность поверхности светодиода оптической системы Лосв = d&ldSnjl , при которой протекает процесс фотоэффекта. Внутренний фотоэффект образует электрический ток, который заряжает цветовой пиксель, а множество этих пикселей создают аддитивную цветовую модель RGB процесса газоразрядного свечения, которая позволяет оценить структурные изменения работающего масла.

Рассмотренные электрофизические процессы обосновываются электротехническими положениями.

Светящаяся корона образуется при высокой напряженности Е электрического поля и низком разрядном напряжении U. Эквивалентная схема образования короны скользящего разряда по поверхности твердого изолятора (рисунок 8), развивающаяся между электродами 1 и 2, подчиняется правилам Кирхгофа. Напряжение скользящего разряда в конструкции с большой поверхностной емкостью диэлектрика определяется формулой:

U = (£Г/ у) th у /, (Ю)

где у - комплексная величина активной проводимости диэлектрической системы «объем - поверхность»; /- расстояние между электродами.

Значения сопротивления р стеклянного изолятора, атмосферной пыли, смазочного масла, воды, продуктов износа меньше Ю12Ом, тогда thy/ ~ 1 и

у и ^(cops)/d . Формула (10) позволяет устанавливать длину короны разряда L,

стремящейся к перекрытию электродов. Длина короны зависит от разрядного напряжения U, напряженности Е и частоты ш электрического поля, конструктивного параметра изолятора d, сопротивления р и диэлектрической проницаемости е поверхности изолятора, и определяется формулой

L « ^d/(a>pz) = UIЕ . (П)

При помещении на поверхность изолятора бумажного носителя пропитанного работающим маслом создается неоднородное электрическое поле, зависящее от параметров d, р и е.

Диэлектрик толщиной d представляет плоский двухслойный конденсатор

d = dm+d6, (12)

где dn3 - толщина изолятора; d6 - толщина бумажного носителя.

Разрядное напряжение U, подводимое к такому конденсатору, будет посто-

Рисунок 8 - Эквивалентная схема комбинированного диэлектрика (изолятора), на поверхности которого образуется скользящий разряд

янно, но напряженность поля в слоях изменится:

Етат+Е6(1ъ =и. (13)

Электрическое поле в слоях конденсатора распределится пропорционально диэлектрическим проницаемостям слоев конденсатора:

Ет/Е6= 86/еиз, (14)

где еиз - диэлектрическая проницаемость изолятора; еб - диэлектрическая проницаемость бумажного носителя, пропитанного маслом.

Если поверхности слоев, над которыми протекает плоскопараллельный разряд, одинаковы, то объемные концентрации загрязняющих компонентов можно определить через линейные признаки толщин слоев:

¿из

^ =

¿из + ¿6

¿6 О',,, +

(15)

Эффективная диэлектрическая проницаемость среды е слоистого диэлектрика будет определяться по формуле

еизЕб

+

(16)

Аналитическое решение уравнения (11) с использованием формул (12), (15) и (16) определит длину короны высоковольтного тлеющего разряда, скользящего по поверхности пробы масла:

Ц=к Iе"з^из+еЖ, (17)

V юРбЕизЕб

где к- коэффициент пропорциональности, определяется экспериментально; р6-удельное поверхностное сопротивление бумажного носителя с пробой масла.

Из зависимости (17) следует, что длина короны высоковольтного тлеющего разряда I пропорциональна толщине изоляционного слоя й, пропитанного работающим маслом, и обратно пропорциональна удельному поверхностному сопротивлению р и диэлектрической проницаемости работающего масла е, функционально связанной с концентрацией v загрязняющего компонента. Металлические продукты износа влияют на длину разряда через электропроводность масла, как величину обратную его сопротивлению.

Данное научное положение обосновывает диагностический параметр критерий, который позволяет определить степень загрязненности работающего масла через отношение к свежему (эталонному) маслу (рисунок 9), на основе которого была разработана имитационная модель оценки ПРМ (рисунок 10).

Рисунок 9 - Фотография короны тлеющего разряда двух проб смазочного масла: 1 - эталонного; 2 - работающего

Пропитанные свежим и работающим маслом бумажные носители одновременно помещаются на диэлектрический изолятор, и создается разность потенциалов. На поверхностях проб масла электрическое поле наводит светящиеся короны разряда разной длины. Численной мерой газоразрядного свечения принимается расстояние от кромки электрода до дискретных границ яркости, визуального изображения свечения короны (рисунок 9).

Свет от газоразрядных корон проб свежего и работающего масел одновременно регистрируется фотодиодом на длине участка Ь\ и Ь2.

Количественную оценку степени загрязненности работающего масла определяет коэффициент интенсивности свечения КИс, который выражается отношением длин разрядов работающего и свежего масел:

кис

Рисунок 10 - Алгоритм имитационной модели оценки ПРМ, выраженный через Кис

= Ьр/Ьэ, (1В)

длина тлеющего

где ¿р - длина тлеющего разряда от работающего масла; Ь.

разряда от свежего эталонного масла. Коэффициент КИс характеризует степень загрязненности работающего масла примесями различной концентрации. Зависимость (18) устанавливает новое научное положение.

Оценить загрязненность работающего масла позволяет фотометрия высоковольтного тлеющего разряда. При этом диагностическим параметром является

коэффициент интенсивности свечения КИс, определяющий степень загрязненности работающего масла через отношение длины короны Ьр газоразрядного свечения пробы работающего масла к длине короны £э газоразрядного свечения пробы свежего масла, где численное значение диагностического параметра функционально связано с диэлектрическими проницаемостями е и концентрациями V загрязняющих компонентов.

Метод высоковольтного тлеющего разряда (ВТР), и разработанная на его основе имитационная модель (рисунок 10), позволяют оценивать степень загрязненности масла сравнением коэффициента Кис с допустимыми значениями Сд(КисЛ ПРИ которых масло считается работоспособным.

Допустимые значения диагностических параметров СД(ИКК1) и СД(КЖ) определяются из экспериментальных плотностей распределения. Любая экспериментальная группа агрегатов автомобилей с разным техническим состоянием образуют вероятностную плотность, которая подчиняется закону нормального распределения и оценивается критерием согласия Колмогорова. В произвольной группе большинство агрегатов имеют технически исправное состояние и меньшее количество - технически неисправное. Исправные агрегаты оказывают влияние на модальное значение диагностического параметра М, а неисправные -на математическое ожидание МО и дисперсию Д. В таком случае допустимое значение диагностического параметра с доверительной вероятностью 0,95 определяется величиной среднеквадратичного отклонения о через модальное значение экспериментальной плотности распределения: Сд = М ± 2а .

Прогнозирование остаточного срока службы масла выполняется с применением математических моделей, описывающих интенсивность поступления загрязняющих компонентов в работающее масло, образуемых от нарушений технического состояния автомобильных агрегатов. Модели определяются уравнениями множественной регрессии или полиномами п-й степени. Полученные математические модели проверяются на статистическую оценку значимости коэффициентов регрессии Я, детерминации Л2 и адекватность.

В исследовании электрофизические методы контроля положены в основу разработанной технологии экспресс-диагностирования агрегатов АТС по ПРМ (рисунок 11). Технологический процесс, как комплекс организационных мер и операций, образует законченный производственный цикл и показывает последовательность проведения основных и вспомогательных видов работ и операций: 1-6 - операции отбора пробы масла из агрегата и проведения его экспресс-анализа; 7, 8 - локальные лабораторные методы анализа масла, подтверждающие результаты экспресс-анализа; 9-13 - постановка диагноза и принятие решения о целесообразности проведения ТО и ТР; 14-18 - операции и меры по учету и контролю диагностической информации.

Экспресс-диагностика является составной частью СКУНА по ПРМ в АТП. С учетом этого была научно обоснована организация производственного процесса АТП, в которой установлено место проведения экспресс-диагностики агрегатов автомобилей в системе ТОР.

Система ТОР предусматривает два самостоятельных плановых вида диагностики Д-1 и Д-2, а также сопутствующее диагностирование Др при проведении регулировочных работ на постах ТО и ТР. Для технологического транспорта дополнительно проводится самостоятельный вид Д-3. При этом существующая система ТОР не соотносит работу СКУНА по ПРМ ни к одному виду диагностики. В работе установлено, что экспресс-диагностику (Дэ) по ПРМ следует отнести к отдельному виду плановой диагностики, так называемому предварительному контролю. В виду высокой производительности и малой трудоемкости Дэ рекомендуется совмещать со всеми видами плановых диагностик и выборочно с сопутствующим диагностированием. Стандартные методы ФХАМ и ЭСАМ, выполняемые в лабораторных условиях (Дл), по предназначению соответствуют комплексу работ Д-2.

Рисунок 11 — Технологический процесс экспресс-диагностирования АТС по ПРМ: - основная связь;

----вспомогательная связь

Эксплуатация Въезд к Пост Д

Зона ТО Выезд к Эксплуатация

«—. *

Отбор пробы и> агрегата

I I I I

Экспресс-диагностика по ПРМ выполняется непосредственно перед проведением ТО. При этом экспресс-анализ работающего масла проводится за период времени, когда выполняется плановая диагностика, и своевременно дает необходимую информацию о техническом состоянии в зоны ТО или ТР (рисунок 12).

Если результаты экспресс-диагностики при проведении Дэ не выявляют отклонений диагностических параметров за пределами допустимых норм, то потребность в проведении Дл отсутствует. Стандартные методы ФХАМ и ЭСАМ выполняют выборочно только на те пробы работающего масла, в которых установлены превышения допустимых норм экспресс-методами.

Комплекс организационных мер и операций, на основе разработанных электрофизических методов контроля ПРМ и оптимально включенных в производственные процессы АТП, позволил сформировать основы методологии экспресс-диагностирования агрегатов автомобилей по совокупности обобщенных

Рисунок 12 - Схема технологического процесса предварительного контроля ПРМ агрегатов АТС

положений теории ТЭА, в которой информативность и оперативность диагностирования автомобильных агрегатов будет повышаться, если электрофизические методы контроля ПРМ применять как мобильные методы комплексного экспресс-диагностирования, способные обеспечивать плановый предварительный контроль в распределенной структуре производственного процесса АТП.

Технологический процесс экспресс-диагностики агрегатов АТС электрофизическими методами контроля ПРМ не оказывает влияния на структурное изменение СКУНА АТП. При этом методология позволяет теоретически обосновать влияние экспресс-диагностики на показатели производственных процессов АТП, через разработанные методы оценки технологической эффективности: 1. Расширение номенклатуры диагностируемых агрегатов осуществляется за счет использования дополнительной трудоемкости, которая высвобождается от высокой эффективности диагностирования двигателей, что позволяет диагностировать другие агрегаты:

(Гн-Гэм)^двс = ^гмп + Мгс. (19)

' эм

ДГ = (7н-7эм)^двс =>7эм(^гмп + ^гс). (2°)

где 7"н - нормативная трудоемкость стандартных методов диагностики; ГзМ -трудоемкость экспресс-методов; уУдВС - количество диагностируемых ДВС; Л'гмп - количество диагностируемых ГМП; Л'гс - количество диагностируемых ГС; А Г - трудоемкость, полученная от сокращения стандартных методов ФХАМ.

Из зависимостей (19) и (20) следует, что снижение трудоемкости работ ДТ , от сокращения стандартных методов ФХАМ Тц , за счет применения высокопроизводительных методов экспресс-диагностики Тэм, образует резерв, который позволяет диагностировать ранее не диагностируемые агрегаты.

2. Производительность труда от применения экспресс-методов повышается за счет расширения номенклатуры диагностируемых агрегатов с учетом выборочного проведения стандартных методов ФХАМ:

АП эм = [(Тэм + аТн)/Ти]-{Тэм/Ти); (21)

к r^

(/)/ М, -> тах, (22)

/=1

где а — доля выявленных неисправностей (показатель эффективности диагностирования); я, - число выявленных неисправностей у /-го агрегата за период наблюдения /; Ы, - количество диагностируемых агрегатов в группе; к — количество групп диагностируемых агрегатов, где группы образуют ДВС, ГМП, ГС и др.

3. Прогнозирование остаточного срока службы работающего масла каждого из агрегатов автомобиля решает две задачи: определяется возможность масла выполнять свои функции в течение заданной наработки до назначенного ТО; прогнозируется работоспособность агрегата, техническое состояние которого определяется ПРМ, и выявляется потребность в ТО или ТР:

'ост.ДВС -

л гмп (Кис) - (КИС )/)- 60

; 'ост.* -> min, (23)

'ост.ГС -

(сдгс(Кис)-'(Кис);)-Со

С,

где t0CTk - остаточный срок службы масла к-го агрегата автомобиля.

За критерий наименьшей наработки t0CT к —> min принимается пробег, когда диагностические ПРМ у одного из агрегатов раньше других достигают Сд, и для устранения выявленных неисправностей автомобиль направляется в TP или на ближайшее ТО.

4. Сокращение неплановых простоев в ремонте зависит: от расширения номенклатуры диагностирования, своевременного обнаружения неисправностей до наступления отказов, минимального времени нахождения автомобиля в ремонте:

где Тр - продолжительность простоя в ТР; тцР- коэффициент, учитывающий сокращение вынужденных простоев за счет своевременного устранения неисправности при проведении ТР; - значение простоев автомобилей после внедрения методов комплексной диагностики; КЭд - коэффициент, учитывающий долю влияния методов комплексной диагностики на сокращение простоев.

5. Повышение КТГ подвижного состава происходит в результате сокращения продолжительности простоев АТС в ремонте:

где Тц — время нахождения автомобилей в технически исправном состоянии.

Теоретически доказано, что экспресс-диагностика автомобильных агрегатов по ПРМ, через комплекс своевременных технических воздействий, сокращает неплановые простои автомобилей в ТР Тр и повышают коэффициент технической готовности Ктг парка АТП.

Электрофизические методы контроля ПРМ повышают оперативность и информативность диагностирования агрегатов АТС за счет снижения трудоемкости методов ФХАМ и расширения номенклатуры диагностируемых агрегатов, а своевременное техническое воздействие сокращает продолжительность вынужденных простоев в ремонте, снижает их трудоемкость и повышает коэффициент технической готовности парка АТП.

Эффективность диагностики агрегатов АТС по ПРМ оценивается вероятностью возникновения отказа Д!^) = 1-Р(£>1), где В — текущее значение

к

(26)

технического состояния объекта, а индексы 1 и 2 характеризуют исправное и неисправное состояние объекта. При налаженной работе СКУНА по ПРМ P(D2) —> min, т.е. выявленная при диагностике и своевременно устраненная неисправность на ранней стадии позволяет автомобилю стабильно (т.е. без изменения технического состояния во времени) эксплуатироваться в течение установленного заводом-изготовителем ресурса. Тогда под стабильностью понимается отношение количества автомобилей в технически исправном состоянии ко всем автомобилям в парке. Такое отношение выражается коэффициентом стабильности Кстаб = (МО-М)/МО , где МО -» М . Если автомобили из выборки Nj являются технически исправными МО ~ М , то ЬСстаб -> 0 => p(d2)-> 0 . Из этого следует, чем выше эффективность диагностики, тем ниже вероятность возникновения отказа.

Выбор диагностического оборудования во многом определяет эффективность диагностирования АТС. Задача оптимального выбора оборудования сводится к установлению критериев, характеризующих совокупный показатель значимости. Применяемые при мониторинге критерии выбора (по доминирующему параметру, по совокупности технических параметров, по средневзвешенному показателю качества, по интегральному показателю качества) не всегда оптимальны. При формировании совокупного мнения о средствах экспресс-диагностики по диагностическим возможностям, служебным и потребительским свойствам в работе научно обоснована целесообразность использования метода анализа иерархий (МАИ) как метода, позволяющего осуществлять оптимизацию выбора при решении сложно формализуемых задач.

Оценка иерархической структуры осуществляется парным сравнением критериев и выявлением коэффициента относительной важности одних критериев по отношению к другим. При заданных элементах уровня альтернатив (Сj, Сj) строится матрица парных сравнений относительно цели Л = (я,7)- Значения парных суждений я,у определяются по весу критериев сравниваемых объектов ю, в зависимости от числового значения элемента сравнения ау-. Максимальное собственное значение Ä.max матрицы А упорядочивает собственный вектор со, и является мерой согласованности суждений или пропорциональности предпочтений. Чем ближе Хтах к числу исследуемых объектов п, тем более согласован результат. Отклонение от согласованности проверяется величиной индекса согласованности ИС, который осуществляет значимый выбор средства диагностирования из рассматриваемых альтернатив.

В третьей главе представлены методики экспериментальных исследований: методика сбора и обработки статистических данных; методика планирования эксперимента; методика построения математических моделей и проверки их на адекватность; методика оценки безотказности АТС; подбор и разработка средств экспресс-диагностики для проведения испытаний; технология экспресс-диагностирования электрофизическими методами контроля; метрологические вопросы обеспечения точности и достоверности методов диагностирования и

средств измерения; сравнительная оценка средств экспресс-диагностики.

Проверка теоретических основ научного исследования выполнена на агрегатах автосамосвалов БелАЗ-7555В, БелАЗ-7548, БелАЗ-7547, в которых двигатели КТТА 19-С, ЯМЗ-240НМ2-2, ЯМЗ-240НМ эксплуатируются на моторных маслах М-10ДМ и Chevron SAE-15W40; ГМП — на гидравлическом масле марки А; ГС — на гидравлических маслах ВМГЗ и МГЕ-46В, а также на двигателях автомобилей КамАЗ эксплуатирующихся на масле Дизель Премиум SAE-15W40. а) Для проведения экспериментальных

исследований применялись: низковольтный метод колебательного контура (пат. РФ 2473884) с использованием известного прибора ИКМ-2 и метод высоковольтного тлеющего разряда (пат. РФ 2519520) с использованием разработанного средства измерения ВТР-1 (пат. РФ 140874) (рисунки 13 и 14).

б)

Рисунок 14 - Диалоговое окно прибора ВТР-1

Рисунок 13 - Прибор ВТР-1: а) газоразрядная камера (ГРК) закрытая; б) ГРК открытая

Приборы ИКМ-2 и ВТР-1 являются диагностическими средствами измерения, предназначенными для выполнения анализов моторных, трансмиссионных и гидравлических масел в лабораторных, цеховых и полевых условиях. Сравнительная оценка средств экспресс-диагностики ИКМ-2 и ВТР-1 по показателям чувствительности, однозначности, стабильности и информативности показала функциональную неравнозначность приборов по классу точности, базируемых на общих электрофизических принципах распознавания загрязняющих компонентов в масляной среде.

Приборы ИКМ-2 и ВТР-1 сравнивались методом анализа иерархий с 16 портативными средствами отечественного и зарубежного производства по 32 функциональным критериям, где по совокупности предпочтений прибор ИКМ-2 (код СД-16) имеет максимальный вес в парных сравнениях (рисунок 15).

Это соответствует максимальному уровню значимости из рассмотренных альтернатив, которая определяется объемом информации заложенной в диагностических возможностях, служебных и потребительских свойствах каждого средства измерения. Прибор ВТР-1 (код СД-15) имеет третий Рисунок 15 - Диаграмма результатов выбора средств уровень значимости из 16-ти. экспресс-диагностики

Четвертая глава посвящена результатам проведенного научного исследования, в которой разработаны новые и усовершенствованны существующие электрофизические методы контроля ПРМ, позволившие установить функциональные зависимости диагностических параметров от концентраций загрязняющих компонентов в масляной среде и от параметров, определяемых стандартными методами ФХАМ. При этом установлены числовые значения диагностических параметров работающего масла, и обоснованы методы прогнозирования технического состояния агрегатов АТС.

Задачи по установлению зависимостей при использовании метода колебательного контура решались путем проведения лабораторных и эксплуатационных испытаний. В условиях сертифицированной лаборатории ФХАМ моделировались процессы загрязнения моторного масла М-10ДМ концентрациями воды, моторного топлива (Л-0,2-40), металлических продуктов износа и атмосферной пыли. По результатам измерений строились графики зависимостей Икм = /(С,), где С, - эмпирическая концентрация загрязняющего компонента. Одним измерением считается математическое ожидание оценочного параметра МО(Икм) = Икм по результатам 2—3 анализов одной пробы масла.

Определение наличия воды в работающем масле. Наличие воды (охлаждающей жидкости (ОЖ)) является диагностическим признаком, характеризующим нарушения технического состояния системы охлаждения ДВС, негерметичность сопрягаемых деталей. Результаты эксперимента позволили выявить новую зависимость ИКм от концентрации воды в масле за время Г (при Г = 30 с) взаимодействия воды с электрическим полем (рисунок 16):

Икм(Н2О)=0,04 + 0,49Сн2о; Д = 0,98. (27)

Установлено, что величина индекса качества масла ИКм> характеризующаяся дрейфом значений показателей расстройки частотного колебательного контура /V, изменяется пропорционально росту концентрации воды V в смазочном масле и зависит от времени ? взаимодействия воды с электрическим полем.

Определение наличия моторного топлива (МТ) в работающем масле. Наличие МТ является признаком, характеризующим нарушения в техническом состоянии топливной аппаратуры ДВС. Результаты эксперимента позволили выявить новую зависимость Икм от концентрации МТ в масле (рисунок 17):

сд-1 са-2 сд. 4 ед-6 сд-а сд-ю сд-12 Средства диагностики (СД)

Икм(мт) = 0,019-0,0197СМТ ; Я = -0,96.

(28)

Рисунок 16 - Зависимости ИКм от концен- Рисунок 17 - Зависимость Икм от концентрации воды трации топлива

Установлено, что величина индекса качества масла Икм, характеризующая степень расстройки частотного колебательного контура М, изменяется обратно пропорционально росту концентрации моторного топлива V в смазочном масле и не зависит от времени / взаимодействия топлива с электрическим полем.

Исследованиями установлено, что на величину индекса качества масла Икм, характеризующую степень расстройки частотного колебательного контура N при одновременном загрязнении смазочного масла водой и моторным топливом различными концентрациями, вода оказывает более сильное влияние.

Определение наличия механических примесей (МП) в работающем масле. Наличие МП являются признаком, характеризующим нарушения технического состояния систем очистки масла и воздуха агрегатов, повышенные износы сопрягаемых деталей, негерметичность соединений. Результаты эксперимента позволили выявить новые зависимости Икм от концентраций дорожной пыли и продуктов износа (рисунок 18):

Икмф) = 0,07 + 1,5С51; Я = 0,94; (29)

Икм(А1)=0,08 + 11,ЗСА1;Д = 0,99. (30)

Металлические частицы (Ме) влияют на значение Икм своей высокой электропроводностью, что в среднем увеличивает значения Икм в 7 раз по отношению к одинаковым концентрациям загрязняющих компонентов в виде частиц дорожной пыли.

..... о жЦ

И„(5|)

■а. И„(А1)

0.00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0.35 0,<Ю 0,45 Концентрация 81 и А1. *А

Рисунок 18 - Характер изменения ИКм от концентрации 81 и А1

Исследованиями установлено, что на величину индекса качества масла Икм, характеризующую степень расстройки частотного колебательного контура Л/, влияет процесс седиментации металлических частиц различной концентрации и дисперсности.

Сопоставление значений диагностического параметра Икм с результатами ФХАМ выполнялось путем корреляционного анализа. Анализ проводился по результатам эксплуатационных испытаний (таблица 1) на масле М-10ДМ.

Таблица 1 — Зависимости Иш от стандартных методов анализа масла

Вид зависимости Математическая модель Я

Икм=/(Ме) Икм = 0,03 + 0,002СМе 0,97

и км = Ли Икм = 1б,3-ехр(-0,03Гвсп) -0,80

СН20 = /(Хвсп) Сн2о=48,4-ехр(-0,04Гвсп) -0,80

ИКМ = /(Твсп) Икм = -0,84+ 0,008ГВСП - 0.000027,всп 0,92

СМТ = Жвсп) Смт = 35,65 -0,32ГВСП+0,0007ГВ2СП -0,98

Икм =/(VI00 ) Икм = -0.09 + ОД 9у100 - 0,024У1200 + 0,00 1У?00 0,90

На рисунках 20-23 проиллюстрированы графики, показывающие высокую корреляционную зависимость между диагностическим параметром Икм, концентрациями металлических продуктов износа Сме, воды Сто моторного топлива Смт> температурой вспышки Тхп и кинематической вязкостью Уюо масла.

Величина индекса качества масла Икм, характеризующая степень расстройки частотного колебательного контура Ы, зависит только от интегральной концентрации металлических продуктов износа (рисунок 19) и не позволяет дифференцировать отдельные химические элементы-индикаторы износа в загрязненной смазочной среде.

Система измерения, реализующая метод колебательного контура подобна применяемым в диагностике системам измерений физико-химических параметров работающего масла, т.к. сохраняется равенство отношений измеряемых величин при изменении концентраций загрязняющих компонентов (рисунки 20 и 21).

Зависимость между Икм и кинематической вязкостью смазочных масел, где за начало шкалы измерений вязкости нефтепродуктов ИКм = 0 принималось дизельное топливо Л-0,2-40, выявила соответствие: 0,3 < Икм < 0,4 - гидравлические и маловязкие моторные масла (Уюо< 8 мм2/с); 0,4 < Икм < 0,7 - моторные масла (Уюо= 8...14 мм2/с); 0,7<ИКМ —трансмиссионные масла (Уюо> 14 мм2/с). Полученная эмпирическая градация в отсутствии вискозиметра позволяет условно отнести неизвестную марку масла к одной из эксплуатационных групп по классу вязкости, если за эталонное значение, относительно которого выполняется измерение, принимается нефтепродукт с минимальной величиной его диэлектрической проницаемости (рисунок 22).

1.4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0.2

0,0

-0,2 -0,01

о

О

о

0 ГьЖО ;

Оо

аэсг

0.01 0,03 0,05 Концентрация Ме. г/т

0,07

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 1 2,0 1,5 1.0 0.5 0.0 -0.5

\\о х Иш(ср)(1_)

X Н20,

оо

6 5

4 О'

з£

2! 1 г

о * -1

Рисунок 19 - Зависимости Иш от загрязнения масла продуктами износа

60 78 100

Температура Твсп, град

Рисунок 20 - Зависимости показателей Икм, воды и температуры вспышки масла

120 140 160 180 200 Температура Твсп, град

Рисунок 21 - Зависимости показателей Ицм, МТ и температуры вспышки масла

10 12 Вязкость ¥100, мм2/с

Рисунок 22 - Зависимость вязкости масел от показателя Иш

Задачи по установлению зависимостей при использовании метода фотометрии высоковольтного тлеющего разряда решались путем проведения лабораторных и эксплуатационных испытаний.

Лабораторными исследованиями моделировались процессы загрязнения моторного масла 8АЕ-15\\'40 концентрациями воды, моторного топлива (Л-0,2-40), металлическими продуктами износа. По результатам измерений строились графики зависимостей Кис = /(С,), где одним измерением считается математическое ожидание оценочного параметра МО(Кис) = Кис, определенное по 5 результатам анализа одной пробы масла. Вследствие шумов электронной эмиссии были установлены эмпирические точки отсчета, относительно которых выполнялись расчетные исследования и разрабатывались математические модели, описывающие закономерности влияния загрязняющих компонентов на свойства работающих масел.

Определение наличия воды в работающем масле. В результате исследований выявлена новая зависимость Кис от концентрации воды в масле (рисунок 23):

Кис= 0,746-

0,455СН2О + 0,207С^ 0 ; Я = -0,96.

(31)

Исследованиями установлено, что коэффициент интенсивности свечения Кис изменяется обратно пропорционально концентрациям воды в смазочном

масле до 1,0 % и позволяет оценивать наличие воды в смазочной среде в диапазоне измерения значений от 0,7 до 0,5 условных единиц. Допустимым значением диагностического параметра вода в масле установлен коэффициент Сд(Кис) = 0,5.

Определение наличия моторного топлива в работающем масле (рисунок 23). В результате исследований выявлена новая зависимость Кис от концентрации МТ в масле:

Кис = 0,739 + 0,144СМТ + 0,096Смт - 0,022Смт ;

Л = 0,93. (32)

Установлено, что коэффициент интенсивности свечения Кис изменяется пропорционально концентрациям моторного топлива в смазочном масле до 2,0 % и позволяет оценивать наличие топлива в смазочной среде в диапазоне измерения значений от 0,8 до 1,5 условных единиц. Допустимым значением диагностического параметра МТ в масле установлен коэффициент Сд(КИс) = 1,15.

Исследованиями установлено, что на величину КИс при одновременном загрязнении смазочного масла водой и моторным Рисунок 23 - Графики зависимости

топливом вода оказывает преобладающее Кис от концентраций загрязняющих

компонентов

воздействие.

Определение наличия механических примесей в работающем масле (рисунок 23). Результатами исследований выявлена новая зависимость Кис от концентрации МП в масле:

Кис = 0,771 + 0,49СМе + 0,821Сме ; R = 0,88. (33)

Исследованиями установлено, что коэффициент интенсивности свечения Кис изменяется пропорционально интегральным концентрациям металлических продуктов износа в смазочном масле в диапазоне значений выше 0,8 условных единиц и не позволяет дифференцировать отдельные химические элементы-индикаторы износа в загрязненной смазочной среде. Допустимым значением диагностического параметра МП в масле установлен коэффициент Сд(КИс) =1,3.

Сопоставление значений диагностического параметра КИс с результатами ФХАМ, позволило установить ряд зависимостей.

Коэффициент интенсивности свечения КИс обратно пропорционален значениям температуры вспышки ТВСП масла, т.к. снижение температуры вспышки сопровождается ростом концентрации моторного топлива в масле, наличие которого инициирует свечение короны при высоковольтном разряде:

Кис = -13,727 + 0,164ГВСП - 0,0004ГВСП ; R = -0,88. (34)

Коэффициент интенсивности свечения КИс обратно пропорционален значениям вязкости v100 смазочного масла, если за начало системы измерения вязкости принимается моторное топливо с минимальной величиной его диэлектри-

ческой проницаемости, что позволяет условно отнести исследуемый нефтепродукт к соответствующему классу вязкости:

Кис = 0,98-0,023у100;Л = -0,99. (35)

Коэффициент интенсивности свечения КИс пропорционален значениям метода определения моюще-диспергирующих ДС свойств работающих масел, т.к. потеря моющего потенциала масла приводит к росту концентраций загрязняющих компонентов, инициирующих свечение короны при разряде:

Кис =-0,572 + 0,407ДС ;Я = 0,81. (36)

Система измерения метода высоковольтного тлеющего разряда подобна применяемым в диагностике системам измерений физико-химических параметров работающего масла, т.к. сохраняется равенство отношений измеряемых величин при изменении концентраций загрязняющих компонентов.

Эмпирические зависимости, определяющие процессы взаимодействия загрязненного масла с электрическим полем, отражают выявленные закономерности с использованием методов колебательного контура и высоковольтного тлеющего разряда: продукты износа в масле значительно повышают значения Икм и Кис! моторное топливо в масле снижает значение Икм и повышает Кис! вода в масле обеспечивает повышающий дрейф значения Икм и значительно снижает Кис; продукты атмосферной пыли в масле повышают значение Икм и снижают КИс-

Результаты оценки адекватности разработанных имитационных моделей и эмпирических зависимостей, описывающих электрофизические процессы взаимодействия загрязняющих компонентов со смазочной средой, показывают высокие уровни значимости, коэффициенты корреляции и детерминации (таблица 2).

Таблица 2 — Числовые характеристики, определяющие тесноту связи

между теоретическими и экспериментальными значениями

Загрязняющий компонент в работающем масле Кис ИКм

Я Я2 А Я Я2 А

Вода 0,98 0,97 0,028 0,99 0,98 0,001

Моторное топливо 0,91 0.83 0,036 0,96 0,92 0,000

Кремний 0,93 0,86 0,008 0,85 0,71 0,034

Металл 0,90 0,81 0,017 0,97 0,93 0,002

Производственная проверка результатов научного исследования выполнялась с использованием методов оценки ПРМ агрегатов автомобилей БелАЗ и КамАЗ имеющих разные технические состояния в условиях эксплуатации СФО РФ. По результатам массового отбора проб работающего масла экспериментально устанавливались числовые значения статистических характеристик, которые позволили рассчитать допустимые нормативы Сд диагностических параметров.

Числовые характеристики с использованием метода колебательного контура, реализованного на приборе ИКМ-2, представлены в таблице 3.

Диагностирование технического состояния системы питания осуществлялось по отрицательному значению диагностического параметра Икм, системы охлаждения — по дрейфу значений этого диагностического параметра. Накопление механических примесей в работающем масле связано с износом деталей,

загрязненностью масла атмосферной пылью, окислением и полимеризацией масла, а также с неисправностями систем очистки масла и воздуха.

Таблица 3 — Числовые характеристики диагностического параметра ИКм

Автомобиль / двигатель Числовые характеристики

N | МО | М | О | <т | V | Сд

Масло М-10Д м

БелАЗ-7548 / ЯМЗ-240НМ 100 0,42 0,3 0,07 0,27 0,6 0,8

БелАЗ-7547 / ЯМЗ-240НМ2 451 0.29 0,2 0,058 0.24 0,8 0,6

БелАЗ-7555 / КТТА 19-С 25 0,22 0,2 0,01 0,1 0,5 0,4

Масло Chevron SAE-15W40

БелАЗ-7555/КТТА 19-С ] 612 | 0,21 j 0,20 | 0,013 | 0,11 | 0,5 | 0,4

Масло Дизель Премиум SAE-15W40

КамАЗ- 740.10, КамАЗ-740.30-260| 85 0,33 0,2 0,078 0,28 0,8 0,8

Износ деталей является функцией времени, следовательно, механические примеси зависят от наработки агрегата. Допустимые значения СД(ИКМ) соответствуют такому уровню суммарного накопления продуктов износа в работающем масле агрегата, при котором нарушается его работоспособность и велика вероятность возникновения отказа. В этом случае масло дополнительно оценивается методом ЭСАМ (устанавливая характер и причину возникновения дефекта), который высоко коррелирован с показателем Икм (Л = 0,97). Процесс накопления механических примесей в масле хорошо описывается линейным уравнением регрессии, а остаточный срок масла определяется по разности между допустимой и накопленной концентрацией механических примесей в работающем масле (таблица 4).

Таблица 4 — Прогнозирование остаточного срока службы масла

Наработка мото-ч Математическая модель R Сд ?ост, мото-ч

БелАЗ-7555, двигатель КТТА 19-С, масло Chevron SAE-15W40, шасси № 25

355 Икм =-0,023 + 0,001/ 0,92 0,4 91

БелАЗ-7555, двигатель КТТА 19-С, масло Chevron SAE-15W40, шасси № 279

585 Икм = 0,03 + 0,0005? 0,96 0,4 95

Экспериментальными исследованиями установлены диагностические нормативы, позволяющие оценивать технические состояния агрегатов АТС и свойства работающего масла, с использованием метода высоковольтного тлеющего разряда реализованного на приборе ВТР-1. Их числовые значения определены путем установления статистических данных эксплуатационных испытаний (таблица 5) для двух уровней изменения характера диагностического параметра Кис: с повышением значений - не более СП1ах; с понижением — не менее Ст!П.

Эффективность диагностики АТС оценивалась сравнением вероятности возникновения отказа Р(02) автомобильных агрегатов, определяемых лабораторными методами ФХАМ, с показателями Кстаб, определяемыми экспресс-методами, а также параметром вероятности безотказной работы Р(Б]) (таблица 6).

Таблица 5 - Значения диагностического параметра Кис

Диагностируемый агрегат / масло с Диагностический параметр Cm£L\ Диагностируемый параметр

КТТА19-С, ЯМЗ-240НМ2 / Chevron SAE-15W40, М-10ДМ 0,5 Вода, продукты окисления, атмосферная пыль 1,3 Продукты износа, моторное топливо

ГМП / Марка А 0,5 1,0

ГС / ВМГЗ, МГЕ-46В 0,3 1,8

Таблица 6 - Показатели эффективности диагностики агрегатов АТС в АТП разреза «Шестаки»

Показатели КТТА 19-С ЯМЗ-240НМ2 ЯМЗ-240НМ ГМП ГС Средн. значения Безотказность PW

SAE-15W40 М-10 ДМ М-10 ДМ Марка А ВМГЗ

Икм Кис ИКм Кис ИКм Кис

Кстаб 0,05 0,19 0,14 0,03 0,15 0,05 0,02 0,09 0,90

Р(й2) 0,11 0,18 0,15 0,08 0,11 0,07 0,06 0,11

Абсолютная погрешность средних значений между показателями коэффициента стабильности и вероятности возникновения отказа составляет 2 %. Вероятность среднего значения исправной работы автомобиля составляет 0,9. Результаты показывают, что электрофизические методы контроля в структуре СКУНА по ПРМ позволяют косвенно оценить безотказность АТС путем выявления и устранения неисправностей, не доводя агрегат до состояния отказа.

Пятая глава посвящена технико-экономической оценке результатов проведенного научного исследования.

Технология предварительного контроля автомобильных агрегатов по ПРМ, положенная в основу методологии экспресс-диагностирования, в системе ТО и Р АТП разреза «Шестаки» (г. Гурьевск) снижает простои АТС в ТР на 27 % и повышает Ктг парка на 7,6 %. На графике (рисунок 24) отражено снижение часов ТР простоя АТС в ТР. При этом обратно пропорционально увеличивается доля сокращения простоев автомобилей в ТР (рисунок 25), которая корреляционно связана с количеством выполняемых анализов масла (Я = 0,88).

Рисунок 24 - Графики зависимостей про- Рисунок 25 - Графики сокращения простоя стоя в ТР и Кур от времени наблюдения в ТР и количества анализов масла

Показатели производительности труда СКУНА по ПРМ, от использования экспресс-диагностики, представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Повышение производительности труда от внедрения средств экспресс-диагностирования в АТП разреза «Шестаки»

ИКМ-2 ВТР-1

Параметры КТТА ЯМЗ- По авто- КТТА ЯМЗ- По авто-

19-С 240НМ колонне 19-С 240НМ колонне

Повышение производительности труда, % 35,5 15,5 27,7 28,6 8,6 20, 9

Доля ЭМ от ФХАМ, % 4,6 11,4

Результаты экспресс-диагностика агрегатов АТС по ПРМ позволяют оценить долю выявленных неисправностей к общему числу выполненных анализов проб масла (таблица 8).

Таблица 8 - Результаты экспресс-диагностики агрегатов АТС по ПРМ в АТП разреза «Шестаки» (2010 г.)

Агрегат Кол-во анализов ПРМ Кол-во неиспр-тей Доля неиспр., % Наименование диагностируемых неисправностей

две 2831 МТ 211 14,4 Качество распыла и давление начала впрыска форсунки, износ плунжерных пар ТГВД

ОЖ 34 Пробой прокладки ГБЦ, нарушение герметичности нижнего пояса ЦПГ

МП 164 Нарушения уплотнений воздушного и масляного фильтров, системы вентиляции картера, загрязненность воздушных и масляных фильтроэлементов, износы ЦПГ и ПКВ

гмп 156 - 69 44,2 Герметичность соединений и сапуна, износ дисков фрикционов, загрязненность масляных фильтроэлементов

ГС 230 - 81 35,2 Герметичность соединений, износы манжетных уплотнений, золотников, деталей НШ и автоматов разгрузки, загрязненность масляных фильтроэлементов

Разработанная методология экспресс-диагностирования АТС по ПРМ в структуре производственного процесса АТП, повышает коэффициенты использования парка и эффективности грузоперевозок (таблица 9).

Таблица 9 - Показатели грузоперевозок АТС в АТП разреза «Шестаки»

АТС Показатели производительности Кип Повышение эффективности, %

<7, т "о К? ФХАМ ЭМ

БелАЗ-7548 42 17 0,90 0,01 0,27 0,82 0,86 4,7

БелАЗ-7555В 55 19 0,92 0,77 0,82 6,1

Экономический эффект от результатов научного исследования при их вне-

дрении в производственные процессы АТП рассчитывался по формуле

Эг = Этор + Эм + Эт — (За + Кдоп + Есоц), (37)

где ЭТОр - сокращение затрат на ТО и Р; Э„ — экономия от увеличения срока службы масла; Эт - экономия от сокращения расхода топлива; Кдоп - дополнительные капитальные вложения на содержание СКУНА; Есоц - единый социальный налог; За — затраты на выполнение анализов масла.

Годовой экономический эффект от сокращения неплановых простоев АТС в ремонте рассчитывался по формуле

Эцр - СПРКЭД

' 1

(38)

т,- 1-Е 7} "/=1 ,

где Спр - средняя стоимость нормо-часа простоя автомобиля в ТР; Т,^ - простой автомобиля до применения методов комплексной диагностики; 7} - простой автомобиля после применения методов комплексной диагностики.

Ожидаемый экономический эффект от предварительного контроля при использовании методов экспресс-диагностики составляет 17,5 тыс. руб., а от сокращения неплановых простоев АТС - 80 тыс. руб. в год на один автомобиль.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основе разработанных автором теоретико-методологических и научно-методических положений, патентов, математических моделей, технико-технологических предложений инновационной направленности решена крупная научная проблема - впервые созданы научные основы методологии экспресс-диагностирования автомобильных агрегатов, разработаны новые и усовершенствованы существующие электрофизические методы контроля ПРМ внедрение которых повышают эффективность эксплуатации АТС, и вносят значительный вклад в развитие автотранспортной отрасли страны.

1. Разработанные научные основы методологии экспресс-диагностирования агрегатов АТС, базируемые на разработанных и внедренных в производственный процесс АТП электрофизических методах и средствах контроля ПРМ, снижают трудоемкость работ и повышают производительность труда при выполнении ФХАМ, сокращают простои автомобилей в ремонте, расширяют номенклатуру диагностируемых агрегатов, обеспечивают своевременность устранения неисправностей, повышают коэффициенты технической готовности, использования парка и эффективности грузоперевозок АТП. Научно обоснованы роль и место разработанной технологии экспресс-диагностирования в структуре основного производственного процесса АТП. По последовательности выполнения работ она классифицируется как предварительная; по форме организации производства - как распределенная; по организационной структуре - как комплексная; по периодичности проведения диагностирования — как плановая; по типу средств диагностирования - как мобильная.

2. Разработанные математические и имитационные модели, а также выявленные закономерности изменения диэлектрических свойств смазочной среды от воздействия на работающее масло загрязняющих компонентов показывают, что:

а) резонансный метод колебательного контура в электрическом поле низ-

кого напряжения при использовании научно обоснованного диагностического параметра — индекса качества масла Икм, определяемого расстройкой частотного колебательного контура, изменяющего свое значение пропорционально концентрации загрязняющего компонента и его диэлектрической проницаемости, позволяет определять степень загрязненности работающего масла по отношению к аналогичным показателям свежего масла;

б) метод фотометрии газоразрядного свечения в электрическом поле высокого напряжения при использовании научно обоснованного диагностического параметра — коэффициента интенсивности свечения Кис позволяет определять степень загрязненности работающего масла как отношение длины короны газоразрядного свечения пробы работающего масла к длине короны газоразрядного свечения пробы свежего масла. Установлено, что длина короны тлеющего разряда зависит от значений диэлектрической проницаемости работающего масла и функционально связана с концентрацией загрязняющего компонента.

3. Разработанный комплекс методик экспериментальных исследований, используя разработанные высокоэффективные и высокоинформативные электрофизические методы (пат. РФ 2473884), (пат. РФ 2519520) и средства (пат. РФ 140874) контроля ПРМ, позволяет выполнять экспресс-диагностику автомобильных агрегатов с ЗСС в соответствии с разработанной и внедренной в систему ТОР АТП технологией предварительного контроля.

4. Выполненные исследования процессов взаимодействия работающего масла с электрическим полем при использовании методов колебательного контура и фотометрии высоковольтного тлеющего разряда позволяют устанавливать функциональные зависимости диагностических параметров от концентраций загрязняющих компонентов в масляной среде и от параметров, определяемых стандартными методами анализа масла, которые показывают следующее:

а) величина индекса качества масла Икм, характеризующаяся дрейфом значений расстройки частотного колебательного контура, позволяет определять наличие воды и моторного топлива в масле; зависит от процесса седиментации металлических частиц различной концентрации и дисперсности; позволяет определять наличие металлических продуктов износа в масле и не позволяет определять в нем отдельные химические элементы износа;

б) величина коэффициента интенсивности свечения Кис позволяет определять наличие воды в смазочной среде в диапазоне шкалы измерения от 0,7 до 0,5 условных единиц; наличие топлива в смазочной среде в диапазоне шкалы измерения от 0,8 до 1,5 условных единиц; интегрально определять механические примеси в загрязненной смазочной среде;

в) разработанные методы позволяют определять соответствующий класс вязкости оо для исследуемого смазочного масла, если за начало системы измерения принимается нефтепродукт с вязкостью у2о= 3...8 мм2/с и диэлектрической проницаемостью е = 2,0;

г) значения разработанных диагностических параметров Икм и Кцс подобны значениям параметров, определяемых стандартными методами ФХАМ (диспергирующих свойств, температуры вспышки, механических примесей), т.к. сохраняется равенство отношений измеряемых величин при изменении концентра-

ций загрязняющих компонентов, наблюдаются высокие значения коэффициентов корреляции 0,80...0,99, что позволяет применять разработанные методы как универсальные.

5. Научно обоснованные допустимые нормативы диагностических ПРМ, определяемые методами колебательного контура Сд < 0,4 и высоковольтного тлеющего разряда Сд т1П > 0,5 и Сдтах< 1,30, позволяют диагностировать агрегаты АТС с ЗСС и прогнозировать остаточный срок службы работающего масла.

6. Выполненная производственная проверка результатов научного исследования на примере автоколонны автомобилей БелАЗ с гидромеханической трансмиссией эксплуатирующихся в ОАО разреза «Шестаки» (г. Гурьевск, Кемеровская область), показывает: коэффициент технической готовности парка повысился на 7,6 %; неплановые простои снизились на 27 %; эффективность грузоперевозок повысилась на 5 %; номенклатура диагностирования агрегатов расширилась в 3 раза; производительность труда СКУНА повысилась на 24,3 %.

Ожидаемый годовой экономический эффект на один автомобиль составляет: 17,5 тыс. руб. от внедрения методов экспресс-диагностики и 80 тыс. руб. от сокращения неплановых простоев в ремонте. Подтвержденный годовой экономический эффект от внедрения метода фотометрии газоразрядного свечения в диагностику АТП на один автомобиль составляет 16,8 тыс. руб.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Власов, Ю.А. Прогнозирование остаточного ресурса редукторов мотор-колес автомобилей БелАЗ / Н.Т. Тищенко, Ю.А. Власов // Вестник ТГАСУ. -2000. - № 2 (3). - С. 221-226.

2. Власов, Ю.А. Исследование возможности диагностики редукторов мотор-колес автосамосвалов БелАЗ методом люфтометрии / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко // Вестник ТГАСУ. - 2001. -№ 1 (4). - С. 182-188.

3. Власов, Ю.А. Управление трибосистемами транспортных машин на на-но-, мезо- и макроуровнях / В.А. Аметов, Ю.С. Саркисов, И.А. Курзина, Ю.А. Власов // Грузовик. - 2010. -№ 3 (164). - С. 41^47.

4. Власов, Ю.А. Ресурсосберегающие технологии повышения качества и долговечности деталей узлов и механизмов на нано-, мезо- и макроуровнях / Ю.С. Саркисов, В.А. Аметов, И.А. Курзина, Ю.А. Власов // Известия Томского политехнического университета. — 2010. — Т. 316. — № 2. — С. 5-12.

5. Власов, Ю.А. Люфтометрия как способ диагностирования редукторов мотор-колес автосамосвалов БелАЗ / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко // Автотранспортное предприятие. - 2011. —№ 9. — С. 37-39.

6. Власов, Ю.А. Некоторые результаты диагностирования редукторов мотор-колес автосамосвалов БелАЗ / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко, С.А. Земляной // Вестник КузГТУ. — 2011. — № 2. — С. 60-63.

7. Власов, Ю.А. Организация экспресс-диагностики агрегатов автомобилей по параметрам работающего масла / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко, В.О. Гильц, О.В. Ляпина // Автотранспортное предприятие. -2012.-№ 6. - С. 38^11.

8. Власов, Ю.А. Оптимизация выбора и эффективность использования ди-

агностического оборудования / Ю.А. Власов, А.Н. Ляпин // Вестник КузГТУ. -2012.-№ 2.-С. 12-18.

9. Власов, Ю.А. Исследования процессов изнашивания редукторов мотор-колес автосамосвалов БелАЗ по параметрам работающего масла / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко // Вестник КузГТУ. - 2012. -№ 1. - С; 34-38.

10. Власов, Ю.А. Оптимизация выбора диагностического оборудования / Ю.А. Власов // Автотранспортное предприятие. - 2012. -№ 8. - С. 31-33.

11. Власов, Ю.А. Решение вопросов экологической безопасности при диагностировании машин по параметрам работающего масла / Ю.А. Власов // Автотранспортное предприятие. - 2013.-№ 1. - С. 50-52.

12. Власов, Ю.А.Теоретические основы газоразрядной оценки свойств работающих масел / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко // Вестник КузГТУ. - 2013. - № 2. - С. 49-52.

13. Власов, Ю.А. Газоразрядная оценка свойств смазочных масел / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко // Автотранспортное предприятие. -2013. -№ 5. -С.43-46.

14. Власов, Ю.А. Организация предварительного контроля агрегатов карьерных автосамосвалов методом высоковольтного тлеющего разряда / Р.Ю. Таньков, Ю.А. Власов, Э.И. Удлер, Н.Т. Тищенко, С.А. Земляной // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 4. - URL: http://www.science-education.ru/110-9935 (дата обращения: 22.08.2013).

15. Власов, Ю.А. Организация предварительного контроля агрегатов карьерных автосамосвалов методом колебательного контура / Ю.А. Власов, Э.И. Удлер, Н.Т. Тищенко, С.А. Земляной, Р.Ю. Таньков // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 4. - URL: http://www.science-education.ru/l 10-9941 (дата обращения: 23.08.2013).

16. Власов, Ю.А. Диагностика карьерных автосамосвалов по изменению свойств работающего масла методом газового разряда / С.А. Земляной, Ю.А. Власов, Э.И. Удлер, Н.Т. Тищенко, Р.Ю. Таньков // Фундаментальные исследования.-2013.-№ 8 (часть 6). - С. 1317-1321.

17. Власов, Ю.А. Метод диагностирования карьерных автосамосвалов по изменению диэлектрической проницаемости среды работающего масла / Ю.А. Власов, Э.И. Удлер, Н.Т. Тищенко, С.А. Земляной, Р.Ю. Таньков // Фундаментальные исследования. -2013. -№ 8 (часть 6). - С. 1307-1311.

18. Власов, Ю.А. Получение, идентификация и применение наноуглерод-ных материалов в триботехнических системах транспортных машин / С.А. Ларионов, Ю.А. Власов, Ю.С. Саркисов, В.Б. Антипов, Ю.И. Цыганок, Ю.В. Медведев // Вестник машиностроения. - 2013. -№ 8. - С. 37-40.

19. Власов, Ю.А. Организация системы диагностирования карьерных самосвалов по параметрам работающего масла / Ю.А. Власов // Горная промышленность. - 2013. - № 4 (110). - С. 91.

20. Власов, Ю.А. Высоковольтная газоразрядная диагностика агрегатов машин по параметрам работающего масла / Ю.А. Власов, Э-И. Удлер, Н.Т. Тищенко, Ю.С. Саркисов // Контроль. Диагностика. - 2013. -№ 9. - С. 65-72.

21. Власов, Ю.А. Анализ влияния внешних факторов на диэлектрическую проницаемость работающего масла / Ю.А. Власов // Современные проблемы

науки и образования. - 2013. -№ 6. - URL: http://www.science-education.ru/113-11643 (дата обращения: 14.01.2014).

22. Власов, Ю.А. Метод идентификации охлаждающей жидкости в смазочном масле агрегатов транспортных средств / Ю.А. Власов // Фундаментальные исследования. - 2013. - №11 (часть 6). - С. 1113-1117.

23. Власов, Ю.А. Организация предварительного контроля агрегатов карьерных автосамосвалов по параметрам работающего масла / Ю.А. Власов // Автотранспортное предприятие. -2013.-№ 11.-С. 39-41.

24. Власов, Ю.А. Организация и метод диагностического контроля самосвалов БелАЗ по параметрам работающего масла / Ю.А. Власов // Грузовик. -2014. -№ 1 -С. 21-25.

Научные издания

25. Власов, Ю.А. Диагностика агрегатов машин методом высоковольтного тлеющего разряда: монография / Ю.А. Власов, Э.И. Удлер, Н.Т. Тищенко, Ю.С. Саркисов. — Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2013. - 198 с.

Публикации в других изданиях и патенты

26. Власов, Ю. А. Диагностирование агрегатов машин методом высоковольтного тлеющего разряда работающего масла / Ю.А. Власов, Э.И. Удлер, Н.Т. Тищенко, Ю.С. Саркисов; Томский государственный архитектурно-строительный университет. — Томск, 2012. - 17 е.: ил. - Библ.: 12 назв. - русский. - Деп. в ВИНИТИ РАН 25.12.2012 №464-В2012.

27. Власов, Ю. А. Оптимизация выбора средств диагностирования для автотранспортных предприятий / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко, А.Н. Ляпин, О.В. Ляпина; Томский государственный архитектурно-строительный университет. -Томск, 2012. - 35 е.: ил. - Библ.: 22 назв. - русский. - Деп. в ВИНИТИ РАН 26.01.2012 №28-В2012.

28. Власов, Ю.А. Система диагностирования транспортно-технологических машин в условиях разреза «Шестаки» / Ю.А. Власов, О.В. Пономарева, Ю.С. Саркисов, Н.Т. Тищенко, А.И. Тузовский // Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин: материалы МНПК. - Тюмень, 2009. - С. 84-88.

29. Власов, Ю.А. Критерии выбора метода экспресс-диагностики агрегатов машин по параметрам работающего масла / Ю.А. Власов, О.В. Пономарева, В.О. Гильц, Н.Т. Тищенко, Ю.С. Саркисов // Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: В 2 ч. 4.2: Материалы 12-й МНПК. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. - С. 405-412.

30. Власов, Ю.А. Емкостные методы экспресс-диагностики системы «машина - масло» / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко, Ю.С. Саркисов, О.В. Ляпина, В.О. Гильц // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня. В 2 ч. 4.2: Материалы 13-й МНПК. - СПб.: Изд-во Политехи, унта, 2011.-С. 371-377.

31. Власов, Ю.А. Электрофизические методы контроля машин по анализу

масла // Инновационные технологии в машиностроении: проблемы, задачи, решение: сборник научных трудов. - Орск: Изд-во ОГТИ, 2012. - С. 61—63.

32. Власов, Ю.А. Теоретические основы газоразрядной диагностики агрегатов машин по параметрам работающего масла / Ю.А. Власов, Э.И. Удлер, Н.Т. Тищенко, Ю.С. Саркисов, E.H. Спирин // Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика: В 2 ч. Ч. 2: Материалы 15-й МНПК. -СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2013. - С. 351-357.

33. Власов, Ю.А. Организация предварительного контроля свойств работающего масла методами экспресс-диагностики / Ю.А. Власов, А.Н. Ляпин, О.В. Ляпина, Р.Ю. Таньков // Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса: материалы III МНПК. - Новокузнецк: Изд-во фил. КузГТУ, 2013. -С. 81-84.

34. Власов Ю.А. Диагностика агрегатов машин по параметрам работающего масла методом колебательного контура / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко, Р.Ю. Таньков, С.А. Земляной // Актуальные вопросы инновационного развития транспортного комплекса: материалы 3-ей МНПК. - Орел: ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», 2013. - С. 12-18.

35. Власов, Ю.А. Способ диагностики агрегатов машин по параметрам работающего масла: пат. 2473884 Рос. Федерация: МПК GO INI 5/06 G01R27/26 / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко, Ю.А. Будько [и др.]. - № 2011129525/28; заявл. 28.09.2011; опубл. 27.01.2013, Бюл. № 3.

36. Власов, Ю.А. Способ выявления примесей в работающем масле и определения степени его загрязненности для оценки технического состояния агрегатов машин: пат. 2519520 Рос. Федерация: МПК (2006.01) G01N21/67 G01N133/26 G01N33/30 / Ю.А. Власов, Н.Т. Тищенко, Р.Ю. Таньков. - № 2012156122/28; заявл. 24.12.2012; опубл. 10.06.2014, Бюл. № 16.

37. Власов, Ю.А. Устройство для высоковольтной диагностики жидких сред: пат. 140874 Рос. Федерация: МПК G01N21/67 / Ю.А. Власов, Ю.С. Саркисов [и др.].-№2014100383/28; заявл. 09.012.2014; обул. 20.05.2014, Бюл. № 14.

38. Vlasov, Yu.A. Production, Identification, and Use of Nanocarbon in Vehicles' Frictional Systems // S.A. Larionov, Yu.A. Vlasov, Yu.S. Sarkisov, V.B. Anti-pov, Yu.V. Tsyganok, Yu.V. Medvedev // Russian Engineering Research. - 2013. - V. 33.-No. 11-p. 628-631.

Подписано в печать 20.01.2015 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 31 Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2 Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.

634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15