автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Методы построения алгоритмов диагностирования элементов судовых дизелей на основе системного подхода

На правах рукописи

Викулов Станислав Викторович

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

Специальность 05.08.05 - «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

0 3 ДПР 2014

005546560

Новосибирск - 2014

005546560

Работа выполнена в ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (ФБОУ ВПО «НГАВТ»)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Глушков Сергей Павлович

Официальные оппоненты:

Корнсев Сергей Васильевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет», заведующий кафедрой «Нефтехимические технологии и оборудование»

Надсжкин Андрей Вениаминович, доктор технических наук, доцент, ФБОУ ВПО «Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского», профессор кафедры «Судовые двигатели внутреннего сгорания»

Шапошников Юрий Андреевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», профессор кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Ведущая организация:

Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волжская государственная академия водного транспорта»

Защита состоится 19 июня 2014 г в 10 часов (ауд. 227) на заседании диссертационного совета Д223.008.01 при ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по адресу: 630099, г. Новосибирск, ул. Ще-тинкина, 33, ФБОУ ВПО «НГАВТ» (тел/факс (383)-222-49-76, E-mail: ese_sovet@mail.ru или nsavvt_ese@mail.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Автореферат разослан 20 марта 2014 г.

И.о. учёного секретаря диссертационного совета

Горелов Сергей Валерьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эксплуатационная надёжность, ресурсные и экономические показатели работы судовых дизелей главным образом определяются износным состоянием трущихся деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ), подшипников коленчатого вала, а также его усталостной прочностью. В решении проблемы обеспечения надёжной и ресурсосберегающей эксплуатации судовых дизелей в сложившихся рыночных условиях хозяйствования на водном транспорте важная роль принадлежит использованию технологий диагностирования, отличающихся высокой объективностью и достоверностью принятия решений при постановке диагноза.

Отечественный и мировой опыт показал, что одним из эффективных методов, позволяющим своевременно оценивать состояние большого числа трущихся деталей, основных систем и смазочных свойств работающего моторного масла (РММ) судового дизеля без вывода его из эксплуатации, является диагностирование на основе экспрессного спектрального анализа продуктов износа в РММ. Для оценки усталостной прочности коленчатого вала наиболее предпочтителен метод вибродиагностики крутильных колебаний (КК) с применением портативных автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов типа БАГС-4, отличающихся экспрессным получением параметров их амплитудно-частотных характеристик.

Отдавая должное выполненным исследованиям по системному моделированию алгоритмов диагностирования ДВС, например, по параметрам экспрессного спектрального анализа РММ, необходимо отметить, что здесь имеется целый ряд нерешённых теоретических и практических задач. Для диагностирования усталостных повреждений элементов валовой линии судовых дизелей подобный опыт к настоящему времени весьма ограничен. Более того, тесная взаимосвязь процессов, происходящих в системе «судовой дизель - РММ - валовая линия СЭУ», общее целевое назначение её в системе технической эксплуатации флота (ТЭФ) пароходства или судоходной компании приводят к необходимости при решении задач диагностики рассматривать данные системы как единый комплекс с позиций системного подхода, что делает работу весьма актуальной. Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по направлению «Создание методов, технических средств и технологий технической диагностики основных деталей судовых механизмов и энергетического оборудования с оценкой ресурса их работы».

Объектом исследований являлся парк среднеоборотных и высокооборотных дизелей, эксплуатируемых на речных судах в условиях ЗападноСибирского региона.

Предметом исследований являлись оценка, анализ и идентификация технического состояния элементов судовых дизелей на основе информации, поступающей с параметрами работающего моторного масла и динамическими характеристиками крутильных колебаний коленчатого вала.

Научная гипотеза основана на диалектическом принципе о всеобщей связи явлений и процессов применительно к объекту и предмету исследований. Исследуя стохастическое изменение величин комплекса диагностических параметров, характеризующих техническое состояние парка судовых дизелей, на основе системного подхода можно создать оптимальные системные модели, алгоритмы и методики диагностирования, позволяющие с наименьшими затратами, используя внутренние резервы системы, эффективно управлять техническим состоянием сложившегося парка дизелей.

Цель диссертационной работы состоит в разработке теоретических положений системного моделирования алгоритмов диагностирования элементов судового дизеля, лимитирующих его надёжность и ресурс, создании на этой основе эффективных методов и методик диагностирования и их практической реализации в системе ТЭФ пароходства или судоходной компании.

Методы исследования. Теоретической и методологической базой для достижения поставленной цели работы являлись научные положения системной методологии, теории вероятностей и математической статистики, теории распознавания образов, теории ДВС, теории колебаний и математического моделирования на ЭВМ. В экспериментальном исследовании и практическом использовании результатов данной работы применялись современные физико-химические методы и методики (экспрессная эмиссионная спектрометрия, фотоэлектрическая колориметрия, потенциометрия и др.), автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс БАГС-4, аттестованные и поверенные приборы. Обработка статистических данных и моделирование алгоритмов диагностирования и прогнозирования выполнены с применением ЭВМ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: обоснованностью исходных теоретических положений, вытекающих из физической картины исследуемых явлений и опыта эксплуатации судовых дизелей; адекватностью теоретических моделей многочисленному статистическому материалу практического использования для эксплуатируемых дизелей; широкой апробацией и внедрением.

Научная новизна исследований сводится к следующему:

• на основе принципов системной методологии разработаны теоретические положения построения диагностической модели комплекса «судовой дизель — работающее моторное масло — валовая линия СЭУ — система ТЭФ пароходства», отличающейся от существующих моделей более полным и эффективным использованием располагаемой информации;

• определён комплекс диагностических параметров, позволяющий получить достоверную информацию о техническом состоянии системообразующих элементов, систем и качестве РММ судового дизеля:

• на основе системного подхода разработана модель обучающегося алгоритма диагностирования основных элементов дизеля по комплексу параметров РММ, отличающаяся тем, что позволяет:

- принимать однозначное решение о состоянии элемента по нормативным величинам основного диагностического параметра, установленных с учётом статистических характеристик его распределения по методу Неймана-Пирсона с заданной вероятностью ошибок первого рода («ложная тревога») и второго рода («пропуск дефекта»);

- при нахождении величин основного диагностического параметра в «зоне неопределённости» для установленных априорных вероятностей различных состояний элемента и заданных ошибках первого и второго рода принимать решение о состоянии элемента по комплексу дополнительных диагностических параметров методом последовательного статистического анализа Вальда;

- оптимизировать диагностические нормативы и критерии в связи с изменившимися условиями эксплуатации.

• предложен вероятностно-статистический метод расчёта информативности диагностических параметров, на основе которого формируется диагностическая матрица, обеспечивающая эффективное использование обучающегося алгоритма диагностирования;

• получены математические модели и методики прогнозирования остаточного ресурса основных трущихся деталей дизеля (на примере цилиндровых втулок дизеля Г70-5) по средней концентрации железа в РММ и его общей загрязнённости, отличающиеся простотой и высокой достоверностью прогноза;

• предложены методики диагностирования основных деталей ЦПГ высокооборотных дизелей по угару и комплексу параметров РММ, основанные на полиномиальном моделировании;

• разработана методика диагностирования силиконового демпфера судового дизеля по параметрам амплитудно-частотной характеристики спектрограммы крутильных колебаний валовой линии, отличающаяся вероятностно-статистическим подходом к распознаванию;

• предложен метод исследования информативности амплитудно-частотной характеристики спектрограммы крутильных колебаний дизеля, основанный на вероятностно-статистическом подходе и отличающийся полным учётом частотного диапазона в установлении диагноза;

• получены математическая модель и методика прогнозирования остаточного ресурса коленчатого вала дизеля по средней амплитуде спектрограммы крутильных колебаний валовой линии, отличающиеся простотой и высокой достоверностью прогноза.

Практическая ценность и реализация работы заключается в разработке научно обоснованных математических моделей, алгоритмов и методик диагностирования и прогнозирования основных элементов эксплуатируемых судовых дизелей по комплексу параметров работающего моторного масла и крутильных колебаний валовой линии. Результаты диссертационной работы доведены до практической реализации путём создания и внедрения системы диагностирования дизелей по параметрам работающего моторного масла в ЗападноСибирском речном пароходстве (ЗСРП); приняты к внедрению в ОАО «Томская

судоходная компания»; рекомендованы Западно-Сибирским филиалом ФГУ «Российский Речной Регистр» к внедрению на судах Западно-Сибирского региона и используются в учебном процессе при подготовке специалистов судо-механической специальности для речного и морского флота в Новосибирской государственной академии водного транспорта. По результатам исследований разработаны «Стандарт предприятия. СТП 314.536.0 - 01 — 88: Система диагностирования дизелей по методу комплексного анализа смазочного масла» и практические рекомендации по диагностированию элементов валовой линии судовых дизелей по параметрам крутильных колебаний.

На защиту выносятся:

1 Диагностическая модель комплекса «судовой дизель — работающее моторное масло — валовая линия СЭУ — система ТЭФ пароходства», основанная на принципах системной методологии.

2 Комплекс диагностических параметров: показатели РММ для оценки и анализа его работоспособности, состояния трущихся деталей и основных систем судовых дизелей; средняя амплитуда и частотный диапазон спектрограммы КК валовой линии для оценки и анализа состояния основных элементов судового дизеля.

3 Системная модель обучающегося алгоритма диагностирования основных элементов ДВС, реализованная по комплексу параметров РММ для оценки состояния деталей ЦПГ средне- и высокооборотных судовых дизелей.

4 Метод расчёта информативности диагностических параметров для формирования матрицы, обеспечивающей эффективное использование обучающегося алгоритма диагностирования основных элементов судового дизеля.

5 Математические модели и методики прогнозирования остаточного ресурса основных элементов ДВС по концентрации продуктов износа и его общей загрязнённости, реализованные для цилиндровых втулок среднеоборотных дизелей.

6 Методики диагностирования технического состояния деталей ЦПГ высокооборотных дизелей по угару и комплексу параметров РММ, основанные на полиномиальном моделировании.

7 Методика диагностирования состояния силиконового демпфера дизеля по параметрам крутильных колебаний валовой линии СЭУ.

8 Метод исследования информативности амплитудно-частотной характеристики спектрограммы крутильных колебаний дизеля.

9 Математическая модель и методика прогнозирования остаточного ресурса коленчатого вала дизеля по средней амплитуде спектрограммы крутильных колебаний валовой линии СЭУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на 21-27 научно-технических конференциях НИИВТ и ЗСНТО ВТ (Новосибирск, 1980-1986 г .г.), НГАВТ (Новосибирск, 2007-2011 г.г.); на межвузовской научной конференции «Философия науки и техники» (Новосибирск, 2008 г.); на научно-техническом семинаре МРФ

РСФСР «Опыт экономного использования топлива и нефтепродуктов на водном транспорте» (Куйбышев, 1982 г.); на 43-ей научно-технической конференции Сибирского автодорожного института им. В.В. Куйбышева (Омск, 1983 г.); на 2-ом Межведомственном совещании по координации работ в области технической диагностики двигателей (Ленинград-Пушкин, 1983 г.); на производственно-техническом совещании Главфлота МРФ РСФСР (Москва, 1983 г.); на заседании технического совета ЗСРП (Новосибирск, 1984 г.); на заседании научно-методической комиссии секции «Проблемы надёжности и технической диагностики» НТС Госстандарта по вопросу «Внедрение диагностики в систему технического обслуживания и ремонта техники» Горький, 1986 г.); на 46-ом международном семинаре «Моделирование в компьютерном материаловедении» (Одесса, 2007 г.); на Сибирской Ярмарке (Новосибирск, 2008, 2009, 2011 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликована 41 работа. В том числе две монографии и 20 научных статей в изданиях, рекомендуемых ВАК для опубликования материалов докторских диссертаций. Результаты исследований отражены также в двух научно - исследовательских отчётах о НИР, выполненных при участии автора диссертации и прошедшим государственную регистрацию.

Личный вклад автора. В статьях [19, 34], написанных в соавторстве, личный вклад автора составляет не менее 30 %, в остальных — не менее 50 %. Однако разработка общей концепции построения и положений диссертации, касающихся основ системного моделирования вероятностных обучающихся алгоритмов диагностирования и их оптимизации, разработки конкретных методик выполнены автором самостоятельно и опубликованы в монографиях и научных статьях.

Структура и объс.ч работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы и приложений четырёх актов внедрения. Основная часть работы изложена на 304 страницах машинописного текста, включая 49 таблиц, 60 рисунков и библиографию из 216 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, определена цель работы, показана научная новизна и практическая ценность решаемых задач, приведена краткая характеристика работы.

В первой главе показана роль и значение технической диагностики в решении проблемы повышения надёжности и эффективности эксплуатируемых судовых дизелей. Дан обзор и анализ работ по техническому диагностированию ДВС различного назначения. Обосновано, что для комплексной оценки состояния основных элементов судовых дизелей наиболее предпочтительно диагностирование по параметрам РММ на основе экспрессного спектрального анализа продуктов износа и по параметрам амплитудно-частотной характеристики КК коленчатого вала с применением портативных автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов типа БАГС-4.

Отмечается, что большой вклад в научную организацию эксплуатации ДВС с использованием методов и средств диагностики внесли В.И. Вельских, А.ГТ. Болдин, Б.В. Васильев, Н.Я. Говорущенко, ГТ.С. Ждановский, JI.H. Карпов, E.H. Климов, В.В. Лаханин, JI.B. Мирошников, В.М. Михлин, A.B. Мозгалевский, B.C. Семёнов, JI.A. Шеромов и другие исследователи.

Достижения в области химмотологии и трибологии для повышения эксплуатационной надёжности ДВС с замкнутой системой смазки нашли отражение в работах В.Ф. Большакова, C.B. Венцеля, М.А. Григорьева, Г.П. Кичи, Б.О. Лебедева, Г.П. Лышко, В.А. Сомова, В.Н. Сторожева.

В развитие теории и практики диагностирования ДВС по параметрам РММ на основе спектрального анализа большой вклад внесли работы В.И. Гринцеви-ча, В.Е. Канарчука, К.А. Келера, С.К. Кюрегяна, A.B. Надёжкина, Э.А. Пахомо-ва, П.Ш. Петросяна, А.И. Соколова, В.В. Чанкина и других исследователей.

В области теории и расчётных методов крутильных колебаний различных вариантов СЭУ следует отметить работы А.Г. Агуреева, В.В. Алексеева, A.M. Барановского, С.П. Глушкова, П.А. Истомина, В.П. Терских и многих других учёных. Их исследования явились теоретической базой, на которой строились разработанные в настоящей диссертационной работе теоретические положения моделирования алгоритмов и прикладные методики диагностирования усталостных повреждений элементов коленчатого вала.

Анализ работ показал, что при разработке теоретических основ технической диагностики машин и механизмов не всегда учитывалась специфика объекта диагностики. Кроме того, при системном представлении объекта игнорировалась роль субъекта — сложившейся системы технической эксплуатации машин. При моделировании вероятностных алгоритмов диагностирования и установлении предельных нормативов и критериев не учитывалась физическая картина формирования статистических законов распределения значений диагностических параметров, не исследовались диагностическая ценность параметров и её оптимальное использование в алгоритмах диагностирования. В связи с этим возникает необходимость в разработке теоретических положений системного моделирования эффективных алгоритмов и методик диагностирования основных элементов судового дизеля, заполняющих указанные пробелы.

На основании выполненного анализа в соответствии с целью данной работы были сформулированы следующие основные задачи исследования:

1 Разработать теоретические положения построения диагностической модели комплекса «судовой дизель - РММ — валовая линия СЭУ - система ТЭФ пароходства», основанной на принципах системной методологии.

2 Сформировать на основе системного подхода оптимальный комплекс диагностических параметров для оценки и анализа состояния основных элементов судового дизеля.

3 Обосновать принцип системного моделирования обучающегося алгоритма диагностирования по комплексу параметров, позволяющего оптимизировать диагностические нормативы и критерии на основе вновь поступающей стати-

стической информации и повысить достоверность оценки состояния основных элементов судового дизеля.

4 Обосновать теоретические положения построения математических моделей прогнозирования остаточного ресурса основных деталей судовых дизелей по комплексу параметров РММ и КК.

5 Разработать методологию проведения экспериментальных исследований.

6 Провести вычислительный эксперимент по поиску наиболее приемлемого теоретического закона распределения опытных величин комплекса параметров РММ судовых дизелей с целью установления обоснованных значений диагностических нормативов.

7 Создать метод расчёта информативности диагностических параметров, обеспечивающий эффективное использование обучающегося алгоритма диагностирования.

8 Получить математические модели и методики прогнозирования остаточного ресурса основных деталей ЦПГ по комплексу параметров РММ для условий эксплуатации средне- и высокооборотных дизелей.

9 Разработать методики диагностирования и прогнозирования основных элементов валовой линии судового дизеля по параметрам крутильных колебаний, получаемых при помощи портативного автоматизированного измерительно-вычислительного комплекса БАГС-4 в эксплуатационных условиях.

10 Исследовать информативность параметров амплитудно-частотной характеристики спектрограммы крутильных колебаний судового дизеля.

Во второй главе рассматриваются теоретические основы системного моделирования алгоритмов диагностирования и прогнозирования основных элементов эксплуатируемых судовых дизелей. Проведён системный анализ комплекса «судовой дизель - РММ - валовая линия СЭУ - система ТЭФ пароходства», сформулированы критерии для оценки и идентификации состояния основных элементов судового дизеля и на этой основе осуществлён выбор диагностических параметров с теоретическим обоснованием метода расчёта их информативности. Дано описание основных теоретических положений построения обучающегося алгоритма диагностирования и принципа его функционирования в системе ТЭФ пароходства или судоходной компании; изложены теоретические основы оценки и анализа технического состояния элементов валовой линии судового дизеля по параметрам КК; рассмотрены общие закономерности построения математических моделей прогнозирования состояния основных элементов судового дизеля.

По результатам анализа функциональных структурно-следственных связей элементов объекта исследований, используя приём декомпозиции, характерной для системного анализа, исследуемый комплекс представлен системной диагностической моделью (рисунок 1), основанной на принципе оптимального управления. Детальный анализ прямых и обратных связей этой модели (цифры и буквы на рисунке 1), отражающих информационные процессы комплекса,

позволяет разработать математические модели, алгоритмы и методики диагностирования рассматриваемых системообразующих элементов судового дизеля.

Рисунок 1 - Системная диагностическая модель комплекса «судовой дизель — работающее моторное масло — валовая линия СЭУ — система ТЭФ пароходства»

В реальных условиях эксплуатации судовых дизелей надёжное определение всех составляющих баланса продуктов износа вследствие стохастического характера их накопления в РММ не представляется возможным. В связи с этим в работе принята концепция моделирования алгоритмов диагностирования и прогнозирования, позволяющих с высокой достоверностью оценивать износное состояние эксплуатируемого дизеля непосредственно по текущим величинам концентрации продуктов износа в РММ. Поэтому в отличие от детерминиро-

ванных уровней стабилизации концентрации продуктов износа кс сивностей g поступления в РММ при исправном состоянии дизеля, описанных в работах Э.А. Пахомова, В.В. Чанкина и других исследователей, в настоящей работе эти уровни представлены в виде функций случайных величин.

Для оценки текущего технического состояния изнашиваемого элемента стохастический уровень стабилизации описывается выражением

kcm=f

g(Ne,&,ЩЧ, H2Q,Si...)

>v ' '.«о' ' e цпг '

(1)

а для прогнозирования его остаточного ресурса выражением

S = /[к^Щ, п, Д, Ацпг, пмо, ЩЧ, Я20, Ä...)], (2)

где кап — стабилизированный уровень концентрации примесей, кг/кг; g - стабилизированный уровень интенсивности износа, кг/ч; g„ — приведённая интенсивность циркуляции в системе маслоочистки, кг/ч; gy - угар масла, кг/ч; Ne -

эффективная мощность дизеля; п - частота вращения; т]мо - коэффициент полноты отсева; Ä-степень изношенности основных трущихся деталей; ЩЧ— щелочное число; Н20, Si — наличие воды и кремния в масле; Д/(;//, - степень изношенности деталей ЦПГ.

По своей природе выражения (I) и (2) являются вероятностными математическими моделями, для построения которых необходим большой массив экспериментальных данных.

По данным химического состава материалов деталей исследуемых дизелей и анализа основных факторов, снижающих их надёжность и экономичность, был сформирован комплекс диагностических параметров. В качестве основных параметров приняты текущие величины концентраций шести элементов-индикаторов (kFe, кСи, кРЬ, kSm kcr, kAt), по которым оценивается состояние трущихся деталей, лимитирующих надёжность или ресурсные показатели дизеля. Дополнительными параметрами выбраны текущие значения концентрации кремния (kSi), водородного показателя (pH), щелочного (ЩЧ) и кислотного (КЧ) чисел, температуры вспышки (tec„), общей загрязнённости (г) и содержания воды (Н20). В зависимости от вида информации о техническом состоянии ОД, поступающей с РММ, диагностические параметры классифицированы по трем группам, каждая из которых наиболее полно характеризует состояние конкретных элементов ОД:

• 1 группа — параметры состояния трущихся деталей (концентрации продуктов износа в РММ);

• 2 группа — параметры качества РММ и работоспособности системы смазки (водородный показатель, щелочность, кислотность, загрязнённость);

• .э группа — параметры состояния систем: охлаждения (содержание воды в РММ), топливоподачи (температура вспышки РММ), очистки воздуха (концентрация кремния в РММ).

В соответствии с принципами системной методологии в работе обоснована целесообразность построения обучающихся алгоритмов диагностирования, которые позволяют оптимизировать диагностические нормативы и критерии на основе вновь поступающих статистических данных. Для идентификации множество всех {£>} возможных состояний объекта диагностирования (ОД) разделено на два подмножества: исправного состояния {В1} и дефектного состояния {В2}. Из распределений условных вероятностей Р{А} /Д), представленных в качестве примера для концентрации железа в масле дизелей Г70-5 на рисунке 2, видно, что области исправного и дефектного состояний существенно пересекаются. Следовательно, принципиально невозможно установить граничное значение параметра Кгр, при котором правило

2 (3)

не давало бы ошибочных решений. Поэтому моделирование обучающегося алгоритма диагностирования проведено в два этапа.

Р(КП\1 0,40 А'еД — КеЦ

0,30 ......f \....... 1

0,20 X. \ rl

пегу

0,10 fi / t ! "У......... ---------------- —

0 Fer*»

54

106

158

210 К, г/т

Кядо A, t А,,, Рисунок 2 — Схема определения нормативных величин параметра

На первом этапе, путем введения «зоны неопределённости» распознавания, по методу Неймана — Пирсона рассматривалась задача нахождения предельных Kj пр и допустимых Kj ,ут нормативных значений величин основного j — го параметра К, позволяющих с установленными вероятностями ошибок первого ауст «ложная тревога» и второго Руст «пропуск дефекта» рода принять однозначное решение соответственно о дефектном или исправном состоянии диагностируемого элемента дизеля. Правило решения следующее (рисунок 2)

К. < К, ,

J ùon '

К. eD.; К > К , К efl,;

] \ ' I Ш>> 1 1-

кл <к.<к ■

ООП J пр

) ~~Щ>' "1

отказ от распознавания. (4)

При известных законах распределения условных вероятностей диагностического параметра ошибки первого и второго рода по всему диапазону распределения величин параметра рассчитываются по формулам

...

a(K) = P(Dt) J f(KID ) d(KIü ); (5)

1 k/d¡ 1 1

к id,

= J ' f{KID )d{KID\ (6)

- к id2 ¿ 1

min

где Kmaxf D¡, Kmin/D2 - максимальное и минимальное значения параметра соответственно исправного и дефектного состояний элемента; P(D{), P(D2) - априорные вероятности исправного и дефектного состояний элемента.

При установленных ошибках а и /?, априорных вероятностях P(Dl),

P(D2) на основе формул (5) и (6) строится алгоритм и программа компьютерного расчёта предельных и допустимых величин диагностических параметров. На рисунке 2 допустимое Кдоп и предельное Кпр значения соответствуют заштрихованным площадям величин вероятностей, равным

_ Руст р = "у™ (у)

Р>ст~ P(D2)' ^

На втором этапе рассмотрена задача разрешения «зоны неопределённости» основного параметра с использованием комплекса дополнительных диагностических параметров на основе метода статистического последовательного анализа А. Вальда. Решающее правило этого метода выражается следующими соотношениями

P(K*/D) . P(KÍD) .

-- > А, К е D---L < в, 1 6 °2;

P(K*/D2) P(.kid2)

Р(К ID)

В <-— А - отказ от распознавания, (8)

* *

где Р(К /О), Р(К /£> )-условные распределения вероятностей комплекса значений диагностических параметров соответственно при исправном и дефектном состоянии элемента; Л, В— соответственно избираемые пороги различных уровней для суждения о наличии исправного и дефектного состояний элемента.

Закон распределения отношений условных вероятностей результирующего состояния задаётся как произведение отношений частных законов распределений вероятностей (отношений правдоподобий) параметров

P(K!Dl)_ PiKJDJ P(Kms/Dt) .фуА)

= П П=П4 (9)

P(K*/D2) P(K1s'D2) P(KJt/D2) P(KnJD2) i^P{KjsID2) J=1

где j = I,...,«г-число параметров; XjS - отношение правдоподобия j- го параметра для S—го интервала его значений.

При принятых нами ошибках а}ст = руст = 0,05 избираемые пороги А и В в соотношениях (8) определяются следующим образом

a = 1z^L = 19. в = _^_ = 1 = 0>053 (Ю)

Руст Х~Руст 19

Решающее правило (8) соответствует однородному комплексу диагностических параметров и не учитывает диагностическую ценность различных параметров и диагнозов. Поэтому в правило (8) введены весовые коэффициенты 5ц,

2

учитывающие диагностическую ценность zn (К.) и дисперсию а], у'-гопара-

i j 1

метра К для различных состояний D, контролируемых элементов дизеля. Весовые коэффициенты при частных законах распределений плотности вероятностей для различных состояний и их отношений правдоподобий определяются как

WK? s s.=f!L, (П)

5U =-; дУ--- • JS

2 j d2j

где <г]Х, а]2 - среднеквадратическое отклонение у - го параметра К соответственно исправного и дефектного состояний элемента. Тогда формула (9) примет вид

Р(К* ЮЛ т 3Х1Р{К ЮЛ т т

, ' = П У ' = П = П Л,,, (12)

Р(К*/П2) ^¿2/(Кр/о2) ;=1 м1

где Л^ = -приведённое отношение правдоподобий у-го параметра К -

для Я - го интервала его значений.

Определение диагностической ценности (информативности) комплекса рассматриваемых параметров проведено на основе методов теории информации. Области возможных значений измеряемого параметра разбиваются на интервалы, и характерным является наличие его в конкретном интервале. Частная и общая диагностическая ценность параметра при дихотомии выражаются формулами

и Р(К-

2В{К .)= 1Р{К 10)\оо --(13)

1 .«=1 ]" 1 Р(К )

(15)

где Р(к. /), Р(К IО2), Р(/Г),/>(/:> Р(Ог)- соответственно условные, полная и

априорные вероятности наличия у - го параметра А' в 5 - ом интервале значений для системы состояний дизеля; М -число интервалов 5 величин у-го параметра К.

С увеличением числа интервалов диагностическая ценность параметра возрастает или остаётся прежней, но анализ результатов при этом становится более трудоёмким. Поэтому выражения (13) — (15) используются для выбора оптимального числа интервалов. Для этого следует исследовать характер зависимости 2иХК-) = <р{ А/), затем, задавшись критерием оптимизации

2г) (А'( ) = <р(м) -> гпах при л/ —> ггап, установить необходимое и достаточное

число разбиений величин параметра на интервалы.

Для разработки критериев оценки и идентификации усталостных повреждений элементов валовой линии произведено компьютерное моделирование дискретной крутильно-колеблющейся системы дизельной СЭУ в программном пакете МаШСАБ версии 13. Расчёты собственных частот и форм крутильных колебаний (КК), работы гармонических возмущающих моментов и их амплитуд осуществлены на основе уравнения Лагранжа второго рода.

Для определения собственных значений частот и соответствующих им относительных собственных амплитуд использовался ОН - алгоритм, в настоящее время признанный одним из лучших методов решения задачи по определению собственных значений квадратных заполненных матриц общего вида. Границы диапазона поиска всех возможных частот крутильных колебаний определялись следующим образом

N . =0, А' =к-п /60, (16)

тт ' га нам ' V '

где к - максимальный порядок рассматриваемой гармоники; пнаи - номинальная частота вращения коленчатого вала дизеля, мин"'.

В работе рассмотрен моделирующий пример расчёта крутильных колебаний валовой линии СЭУ теплохода проекта 121 с дизелем 419(^ЬС-2 мощностью 165 кВт при частоте вращения коленчатого вала 1000 мин'1. Установлено, что в качестве критериев оценки и идентификации состояния элементов валовой линии следует рассматривать изменение параметров амплитудно-частотной характеристики крутильных колебаний в процессе эксплуатации дизеля.

На основе анализа существующих моделей прогнозирования технических объектов осуществлён выбор конкретных прогнозирующих функций для определения остаточного ресурса основных элементов судового дизеля. Для одного параметра в качестве детерминированной основы модели прогнозирования в исследовании используются рациональные функции п — го порядка

Х = а0+а, Г + +--- + яя/", (17)

а в случае зависимости от многих факторов - полиномы п — го порядка, которые для т факторов записываются как

т т т 2

X = а0+ I а^ + Е а -х^ + I а^ +■■■, (18)

/=1 г<) /=1

где X - параметр технического состояния (износ, скорость изнашивания, угар масла и прочие); а0 - начальный параметр технического состояния при I = 0;

а{,а2,---ап; а, д;, а.. - эмпирические коэффициенты, определяемые методом наименьших квадратов; х^х^- различные диагностические параметры технического состояния дизеля, включая время I работы.

В третьей главе изложена методология определения величин диагностических параметров, проведено обоснование выбора числа объектов исследования, рассмотрены методика и результаты стендовых измерений параметров КК валовой линии при помощи автоматизированного комплекса БАГС-4.

Спектральный анализ концентраций продуктов износа и кремния в РММ проводился на фотоэлектрических спектрометрах МФС-3 и МФС-5, согласно ГОСТ 20759-81. Для проведения анализов при помощи этих приборов предварительно были выбраны аналитические линии и приготовлены серии из пяти тарировочных эталонов на основе свежих масел М10В2, М16В2, М20В2, применяемых в исследуемых дизелях, и порошков окислов соответствующих металлов и кремния. По результатам анализов эталонов строились тарировочные графики зависимостей показаний прибора от концентраций элементов, выражаемых в граммах на тонну (г/т).

Определение РН, ЩЧ,Ю-1 производилось по стандартной методике ГОСТ

11362-75 при помощи лабораторного рН-метра 673, 1,.сп - согласно ГОСТ 433378. Общая загрязнённость Г масла определялась оптическим методом с помощью фотоэлектрического колориметра ФЭК-56М по методике ГОСТ 24943-81. Анализ содержания воды в РММ производился по ГОСТ 7822-84 при помощи прибора, входящего в комплект судовой лаборатории СЛЭК, в пробах, в которых наблюдалось потрескивание масла при определении температуры вспышки РММ.

По результатам статистического анализа экспериментального материала, полученного с 25 дизелей 6ЧРН 36/45, установлено, что распределения всех вели-

чин наиболее хорошо согласуются с законом гамма — распределения, плотность распределения которого описывается формулой

лг

/(К ) =-К 71 схр(-ХК ), (19)

7 Г(г) '

где г — параметр формы гамма — распределения; Х- параметр масштаба гамма

— распределения; Г(г) — гамма - функция Эйлера.

Для такого распределения число контролируемых дизелей рассчитывалось по формуле

7

(20)

г8~

где иг - квантиль нормального распределения, определяемый для установленной вероятности Р; 8 — предельная относительная ошибка.

Для относительной ошибки 8 = 0,15 с вероятностью Р = 0,95 расчётами было установлено N - 49 дизелей, а число проб масла с одного дизеля N = 5 при периодичности отбора 200 часов. В последующие навигации все дизели Г70-5 буксиров-толкачей типа «ОТ-2000» и М400, М401А-1 скоростных судов типа «Заря», «Восход», «Ракета», «Метеор» (более 50 единиц) были охвачены мониторингом их состояния по параметрам РММ, что позволило получить достаточно надёжные и обоснованные результаты исследования.

Для измерения динамических характеристик эксплуатируемых валовых линий судовых дизелей использовался автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс БАГС-4, разработанный в лаборатории «Динамика и прочность судовых конструкций» кафедры «Сопротивления материалов» ФБОУ ВГГО НГАВТ. Стендовые испытания комплекса БАГС-4 проводились на экспериментальной установке, изготовленной на базе токарно-винторезного станка 1А616. Валовая линия состояла из коленчатого вала ДВС «ВАЗ- 2108» и промежуточного вала, зажатых в патрон токарного станка и поджимаемых его задней бабкой. Частота вращения валовой линии задавалась с помощью вращения шпинделя токарного станка. Измерения КК производились с коленчатым валом без наработки и с коленчатым валом, имеющим наработку более 4000 часов. Обработка записи измерений выполнялась с помощью программы «Апа1угег®» измерительно-вычислительного комплекса БАГС-4. Результаты испытаний показали значительное снижение усталостной прочности коленчатого вала с наработкой по сравнению с валом без наработки.

В четвёртой главе представлены результаты математического моделирования и оптимизации обучающихся алгоритмов диагностирования и прогнозирования состояния основных элементов среднеоборотных дизелей 6ЧРН 36/45 (Г70-5) теплоходов «ОТ-2000».

Дизели Г70-5 работали на чистом дизельном топливе марки Л (ГОСТ 305 — 82) и смеси дизельного топлива с газотурбинным топливом марки ТГВК (ГОСТ 10433 — 75). Минимальное содержание серы в дизельном топливе составило

0,16 %, максимальное - 0,5 %, а в газотурбинном топливе соответственно - 0,65 и 0,96 %. Среднее количество газотурбинного топлива в смеси с дизельным топливом составляло 28 % и изменялось в интервале от 15 до 46 %. При эксплуатации дизелей применялось масло М10В2 (ГОСТ 8581 - 78), соответствующее техническим условиям на его поставку. Основное время работы дизелей (более 90 %) было связано непосредственно с толканием барж, а лишь (5 - 6) % времени эксплуатации они работали в швартовом и маневровом режимах. Поэтому основные эксплуатационные показатели исследуемых дизелей (Ne, п, Рс, Р., Тог и др.) относительно мало изменялись во времени. Расход топлива на один дизель по данным журналов учёта в среднем составил 159 кг/ч с интервалом колебаний от 150 до 170 кг/ч. Такой расход топлива свидетельствовал, что дизели работали в основном на номинальных режимах.

Моделирование обучающегося алгоритма диагностирования осуществлено на примере цилиндровых втулок среднеоборотных дизелей Г70-5 теплоходов типа «ОТ-2000». Дизели с овальностью всех втулок меньше предельной величины Апр = 0,5 мм относились к исправному состоянию ü¡, а дизели, у которых овальность цилиндровых втулок, хотя бы у одного цилиндра, достигала или превышала величину Апр, составили подмножество дефектного состояния D2. В соответствии с таким разделением формировались массивы данных анализов масла {Кр1Г\} и {Кр/1\}.

Динамика изменения концентрации железа в масле М10В2 (рисунок 3) с исправным (кривые 1 - 3) и дефектным (кривые 4, 5) состоянием цилиндровых втулок дизелей Г70-5 показала существенную стохастичность параметра в реальных условиях эксплуатации. Такая картина динамики характерна и для других дополнительных параметров масла, что является ярким подтверждением правомерности теоретических положений, рассмотренных в главе 2. Однако для различных состояний характерен свой определённый средний уровень и диапазон изменения значений параметра.

ьн.г/т f

I

150 1 100 \ 50 I 0 !

0 400 800 1200 1600 2000 т. ч Рисунок 3 — Реальная динамика концентрации железа в масле М10В2: 1 - дизель № 137 (ОТ-2110); 2, 3 - дизели № 108, № 107 (ОТ-2077);

4, 5 - дизели №№ 97,98 (ОТ - 2072)

По результатам проведённого вероятностно-статистического анализа было установлено, что эмпирические массивы данных как исправного, так и дефектного и общего состояний дизелей наиболее хорошо аппроксимируются законом гамма - распределения. В работе дано теоретическое обоснование физической картины формирования закона гамма — распределения.

На основе полученных результатов численного эксперимента проведено компьютерное моделирование расчёта предельных и допустимых нормативов диагностических параметров. Данными для расчёта являются: нижние границы массивов данных исправного А'„„„ /£>, и дефектного К„„„ Ю2 состояний дизеля;

параметры гамма - распределения г и Я;установленные ошибки первого ауст

и второго /!уст рода; величины априорных вероятностей диагноза Р(А) и Рфг);

шаг интегрирования дифференциальной функции гамма - распределения; задаваемая точность 3 вычисления интегралов в выражениях (5) и (6). Величины интегралов вероятности, соответствующие предельному и допустимому нормативам вычисляются по формулам

К>1П С/

Р = 1 - \ ДА" / О ) сЦК / О ) =

ауст , 1 Г

п'А

ря = I /(К / о )</(£ / о )■■

руст 1 2

ЯЦ5 )

Р(02)

(21) (22)

На рисунке 4, допустимому нормативу кРедоп соответствует зачернённая площадь под кривой 2 (слева), а предельному нормативу к ¡,.епр - зачернённая площадь под кривой 1 (справа).

0,60 0^40

0,20

ауст

К во, Зона неопределённости К € 02

г-г-^ Ч \

V -------

К

54

106

Рсдоп

К

158

Гепр

210 Кр£, г/т

0,60 0,40

0,20

Руст 0

Рисунок 4 —Распределение вероятностей ошибок диагноза по концентрации железа для различных состояний дизеля Г70-5

По результатам накопленного статистического материала априорные вероятности Р(Ох) = 0,62 и Р(02) = 0,38, а величины определённых интегралов Рауст и

Груст в формулах (21) и (22) при принятых ошибках ауст = ¡3 = 0,05 составили величины, равные соответственно 0,0807 и 0,1316. Интегрирование осуществлялось методом Симпсона. За величину норматива принималось значение параметра, достигнутое в результате суммирования шагов интегрирования функции гамма — распределения при задаваемой точности 8 вычисления интеграла, равной 0,0001. При этом отделение величины норматива производилось на последнем шаге интегрирования итерационным методом половинного деления.

Корреляционно-регрессионный анализ связей между основными и дополнительными диагностическими параметрами позволил сформировать логический базис «параметры — состояние» для диагностики трущихся деталей дизеля и его систем, который использовался на втором этапе моделирования обучающегося алгоритма диагностирования состояния цилиндровых втулок (разрешение «зоны неопределенности»). Для концентрации железа и дополнительных параметров масла М10В2 дизелей Г70-5 установлена значимость всех расчётных коэффициентов корреляции (таблица 1), что послужило достаточным основанием для привлечения в алгоритм диагностирования состояния деталей ЦПГ всех рассматриваемых нами параметров РММ.

Таблица 1 — Результаты регрессионного анализа связей концентрации железа с дополнительными параметрами масла М10В2 дизелей Г70-5

Наименование параметра Уравнение линейной регрессии Г гкр ПРИ Р = 0,95

Концентрация меди, г/т кРе = 2,40 кСи + 32,53 0,61 0,15

Концентрация олова, г/т кГе = 3,45 кЧп + 41,50 0,37 0,15

Концентрация алюминия, г/т кГс = 3,87 ки +58,08 0,42 0,15

Концентрация хрома, г/т кГе = 3,91 кСг + 38,04 0,62 0,15

Водородный показатель, ед. кРе = —32,12 рН + 294,60 -0,51 0,19

Щелочное число, мг КОН / г кре = -47,83 ЩЧ +145,95 -0,63 0,19

Общая загрязнённость, ед. кГе =37,05 г+19,58 0,72 0,15

Концентрация кремния, г/т кГе = 1,25 кя. + 43,70 0,67 0,15

Температура вспышки, "С кР =-0,64/ +185,50 ге ' всп -0,38 0,15

В соответствии с теоретическими положениями, изложенными во второй главе, был проведён численный компьютерный эксперимент по выявлению характера изменения экспериментальных величин частной (К ), г(К,) и

общей 2п{К ) диагностической ценности рассматриваемых параметров в зави-

1 1

симости от различного числа М разбиений их значений на равномерные статистические интервалы. Установлено, что это изменение наиболее хорошо описывается экспонентой вида

-Ъ (Л/-1)

(23)

где ^¿-коэффициенты, определяемые методом наименьших квадратов. Погрешность аппроксимации для всего комплекса параметров не превышала 9,05 % при уровне доверительной вероятности Р = 0,95.

Определение оптимального числа интервалов производилось итерационным методом путём сравнения приращения расчётных величин диагностической ценности двух смежных интервалов с величиной доверительного интервала средней ошибки аппроксимации

(л/—i)

(М)

<t,

(24)

где <х0 — средняя ошибка аппроксимации, бит; 1р - критерий Стьюдента. Сопоставление опытного и теоретического материала дано на рисунке 5.

2 .1 4

Рисунок 5 — Графики экспериментальных и расчётных величин диагностической ценности параметров: l-Fe; 2-т; 3-О; 4-Sí; 5 - Н20

По результатам оптимизации диагностической ценности параметров сформирована диагностическая матрица, обеспечивающая эффективное использование обучающегося в процессе эксплуатации дизелей вероятностного алгоритма диагностирования. В качестве обобщения проведённых результатов исследования разработанный алгоритм диагностирования представлен схемой последовательности операций на рисунке 6. В работе даны практические рекомендации по его применению.

Рисунок 6 - Схема алгоритма технического диагностирования судового дизеля по параметрам работающего моторного масла

В основу математической модели прогнозирования положена только одна из составляющих баланса - концентрация продуктов износа основных деталей. Расчёты по массиву исходных данных средней концентрации железа в масле для различных состояний дизелей показали, что с вероятностью Р = 0,95 наиболее приемлем закон гамма — распределения. Разработка прогнозной модели осуществлена по результатам экспериментального материала для цилиндровых втулок, полученного с 14 исправных дизелей Г70-5, работавших на масле М10В2. Для этих дизелей были произведены тщательные обмеры втулок за период между двумя последующими разборками дизеля. Было собрано и проанализировано необходимое количество проб масла, произведён расчёт средней концентрации железа в масле и средней скорости изнашивания по шести цилиндрам каждого дизеля. Анализ полученных результатов позволил установить наличие довольно тесной корреляционной зависимости средней скорости изнашивания втулок от средней концентрации железа в масле (рисунок 7), описываемой линейной регрессионной моделью

г^ 7,64-10 К

(25)

с коэффициентом корреляции г = 0,912. При этом абсолютная погрешность аппроксимации для уровня доверительной вероятности составила величину

„—з

Дg ср= ±5,4-10 мм/(тыс. ч), а средняя относительная ошибка Sgcp=± 11,5%.

Яср' мм/тыс.ч

0,08 0,06 0,04 0,02 0

20

40

60-

80 100 Кг»,г/т

Рисунок 7 — Зависимость средней скорости изнашивания цилиндровых втулок дизелей Г70-5 от средней концентрации железа в работающем моторном масле

Прогнозируемая функция (износ) представлена через измеряемый параметр (скорость изнашивания) как

U = I g{t)dt, о

(26)

где g(t)-скорость изнашивания в некоторый момент времени t эксплуатации

дизеля, мм / (тыс. ч); 1пр - наработка дизеля на момент прогнозирования, тыс. ч.

При прогнозировании по средним величинам параметров износ деталей в период нормальной эксплуатации можно выразить линейной зависимостью

U =е •/ , (27)

ср & ср }ip' V '

где g - средняя скорость изнашивания детали случайной величины g(t) в выражении (26), мм / (тыс. ч).

Тогда при условии постоянной скорости изнашивания величина остаточного ресурса при глобальном прогнозировании определится разностью полного ресурса tnon и фактически выполненной наработки на момент прогнозирования

пр

' пол 'пр

"ton Uср

(28)

Для принятого уровня вероятности ошибки «пропуска дефекта» Руст = 0,10

вероятность ошибки «ложной тревоги» составила величину а =0,16. Принятым вероятностям ошибок соответствовала допустимая величина средней концентрации железа, равная 80 г/т. Этой величине (по опыту эксплуатации) соответствовала более высокая фактическая достоверность прогноза (87 %), чем при норме в 70 г/т, определённой при р- 0,05 и а = 0,31 (79 %).

Принимая во внимание сезонность работы судов речного флота Сибири и Дальнего Востока, локальный прогноз осуществлён на период следующей навигации. Средняя навигационная наработка tllaв дизелей Г70-5 по опыту эксплуатации в условиях ЗСРП составила около 3,5 тыс. ч. При установленном нормативе КРеср = 80 г/т и ид„„ = 7,64 10"4 ' 80 3,5 = 0,214 мм, рассчитанной на основе формул (25) и (27), получена рабочая прогнозная формула

280 (29)

ост пр

КГеср

Суммарная относительная погрешность прогноза 3 при Р - 0,95 составила величину, равную ± 15,10 %.

Исследованиями установлена достаточно тесная корреляционная зависимость между т и КРе, представленная линейной регрессионной моделью

т = 98,21 + 5,77 КРе. (30)

Здесь коэффициент корреляции г и относительная вероятная погрешность <5 аппроксимации составили соответственно величины 0,72 при г =0,15 с уровнем надёжности Р = 0,95 и 9,52%.

На основе полученных результатов рассчитаны диагностические нормативы для общей загрязнённости т и получена прогнозная формула

280

0,173 -г -17,021

(31)

Апостериорные расчёты по формуле (30) подтвердили высокую достоверность прогноза (86 %).

В пятой главе рассмотрены результаты моделирования и оптимизации алгоритмов диагностирования высокооборотных дизелей 12ЧСН 18/20 (М400, М401А-1) скоростных судов. Анализ условий эксплуатации показал, что они работали в среднем в режиме, оставляющем около 65 % от номинального режима. Установлено, что для всех комбинаций режимов и модификаций дизелей не было достаточных оснований принять гипотезу о значимости расхождений между их дисперсиями и средними величинами наработки на отказ деталей ЦПГ и

рассматриваемые распределения следует отнести к одной и той же генеральной совокупности. Сравнение вероятностно-статистических характеристик распределений осуществлялось по двум критериям: «/•' — критерию» Фишера и «I - критерию» Стьюдента.

При эксплуатации контролируемых дизелей применялось топливо марки ДС по ГОСТ 4749 -73. Для смазки использовалось масло двух сортов: М16В2 (ТУ 380235-74) и М20В2 (ТУ 38- 101 166 -71). Так как нормативный расход масла на угар у дизелей 12ЧСН 18/20 в 1,45 раза выше, чем у дизелей Г70-5, то согласно формуле (1), при исправном состоянии дизелей 12ЧСН 18/20 концентрация продуктов износа должна стабилизироваться на более низком уровне, чем в дизелях Г70-5. Сравнение экспериментальных графиков изменения концентрации железа в масле дизелей 12ЧСН 18/20 (рисунок 8) с аналогичными графиками для дизелей Г70-5 (рисунок 3) показывает, что средний уровень концентрации железа у дизелей 12ЧСН 18 / 20 действительно в (1,5 - 2) раза ниже, чем у дизелей Г70-5.

60 40 20 0

: \

I-

V I ,

•Л.

^ Уч.

Г, ч

О 200 400 600 800 1000 1200 Рисунок 8 - Динамика изменения концентрации железа в масле М16В2 дизелей 12ЧСН 18 / 20: 1 - дизель М401А-1 (состояние 02) «Восход-10»; 2 - дизель М400 (состояние «Ракета-21»; 3 — дизель М400 (состояние А) «Ракета 22»; 4— дизель М401 А-1 (состояние «Ракета-28»

Математическое моделирование и расчёты диагностических нормативов дизелей 12ЧСН 18/20 было осуществлено на базе научно-методологических разработок, полученных для дизелей Г70-5. Вычислительный эксперимент по поиску подходящего теоретического закона распределений величин диагностических параметров показал, что наиболее обоснованным (как и для дизелей Г70-5) является гамма-распределение.

Так как контролируемые дизели 12ЧСН 18/20 имели ряд существенных конструктивных отличий и работали на различных сортах масел (М16В2, М20В2), исследовалось влияние этих факторов на величины диагностических нормативов. Было установлено, что условия эксплуатации, режимы работы, как показано выше, и условия работы узлов трения дизелей, работавших на различных сортах масел, в среднем примерно одинаковые и нет существенных различий в скорости изнашивания деталей и в изменении физико-химических свойств РММ, характеризующихся рассматриваемыми параметрами. Рассчитанные зна-

чения диагностических нормативов могут быть использованы для диагностики дизелей 12ЧСН 18/20 различных модификаций, работающих на различных сортах масел.

Для разработки методики диагностирования высокооборотных дизелей по расходу масла на угар gy были проведены широкие исследования по оценке

стохастической связи между техническим состоянием деталей ЦПГ и угаром масла для дизелей 12ЧСН 18 / 20. В статистическую выборку величин угара масла вошли примерно в равном количестве новые дизели, дизели после одной-двух профилактических разборок - сборок и дизели, прошедшие один и два капитально-восстановительного ремонта. Диапазон варьирования общей наработки дизелей в количестве 57 единиц, работающих на масле М20В2, составил от 1,020 до 7,294 тыс. ч. По результатам вычислительного эксперимента установлено, что для распределения величин g лучше всего подходит смещённый закон гамма — распределения. Кроме того, сравнение вероятностно-статистических характеристик, проведенное по двум критериям: критерию» Фишера и «/ - критерию» Стьюдента, показало, что угар масла в дизелях М400 в среднем на 24 % выше, чем в дизелях М401А-1.

Исследованиями диагностической ценности угара масла (таблица 2) установлено, что он является довольно информативным диагностическим параметром состояния деталей ЦПГ дизелей. Для сравнения отметим, что в полученных ранее результатах наибольшую информативность при оценке состояния ЦПГ дизелей Г70-5 имеют: средняя концентрация железа (0,353 бит), температура вспышки (0,097 бит) и общая загрязнённость масла (0,084 бит). Кроме того, установлено, что величина информативности угара масла у дизелей М401А-1 на 21 % больше, чем у дизелей М400 (таблица 2).

Таблица 2 — Диагностическая ценность угара масла для контроля технического состояния деталей цилиндропоршневой группы дизелей 12ЧСН 18/20

Тип дизеля Р{Ог) г1\ (8у)-бит (^у),бит

М400, М401А-1 0,544 0,456 0,185 0,125 0,158

М400 0,500 0,500 0,195 0.204 0,199

М401А-1 0,609 0,391 0108 0,449 0,241

На основе полученных результатов были рассчитаны диагностические нормативы угара масла для оценки состояний деталей ЦПГ дизелей 12ЧСН 18/20, представленные в таблице 3.

В диссертации разработаны математические модели прогнозирования ресурса деталей ЦПГ дизелей 12ЧСН 18 / 20 по угару и комплексу ПРМ. Для получения прогнозной модели по угару масла статистические данные аппроксимированы полиномами первой и второй степени по методу наименьших квадратов.

Анализ полученных результатов, приведённых в таблице 4, показал, что обе модели для всех типов дизелей адекватно описывают опытный материал.

Таблица 3 — Диагностические нормативы угара масла дизелей 12ЧСН 18/20

Тип дизеля Значение норматива при а = р = 0,05

8уд»»'К*4 ёупР> кг/ч

М400 4,00 4,55

М401А-1 3,30 3,75

Таблица 4 - Характеристики двухфакторных регрессионных моделей

Тип дизеля Вид модели г или 5,%

М400 gv =2,81 + 0,27; 0,63 9,76 9,38

= 2,67 + 0,36?+ 0,01 Г 0,63 9,18 9,31

М401А-1 ёу — 2,10 + 0,31? 0,88 39,8 7,23

% = 2,36 + 0, Ш + 0,01/2 0,88 39,3 7,03

Исходя из системного принципа простоты, в качестве рабочей была принята линейная модель прогнозирования. По результатам накопленного экспериментального материала в диссертации получены прикладные прогнозные формулы для исследуемых дизелей, приведённые ниже.

Дизель М400:

Дизель М401 А-1:

1,19

Г

-2,81 1,74

доп __ ^ <>ст~~ /

<7*-2,81 1, 20

(

(32)

(33)

(34)

1пр =/. ост I

1,65

</,,"2,10

-1

(35)

В математическую модель прогнозирования по комплексу ПРМ обоснованно включены средние величины концентрации железа в масле (г/т), угара масла (кг/ч) и наработка дизеля (тыс. ч). Для поиска подходящей математической модели прогнозирования было проведено трёхфакторное полиноминальное моделирование опытного материала. Массив опытных данных ¡/,, КРе, } был ап-

проксимирован полными и неполными линейными и квадратичными и моделями. При этом вычислялись: коэффициент корреляции г, индекс корреляции 77, критерий Фишера ¥ и относительная вероятная ошибка 5 аппроксимации.

Анализ полученных результатов позволил сделать вывод о наибольшей адекватности полной квадратичной модели, у которой индексы корреляции для дизелей М400 и М401А-1 исправного состояния соответственно составляют величины 0,78 и 0,96, а относительные вероятные ошибки аппроксимации — 7,5 и 3,92 %. Для других моделей эти величины несколько ниже. Исходя из системного принципа простоты, для практического использования рекомендованы линейная и неполная квадратичная модели, представленные в таблице 5.

Таблица 5 - Характеристики трехфакторных регрессионных моделей

Тип дизеля Вид модели Г ИЛИ Г] ¥ 8,%

М400 = 2,79 + 0,28-/ + 8,51-10~3-КРе 0,67 5,73 8,95

Чу =3,63 + 0,42-1-7 Л0~2-К^--2,10-Ю-2 -¿2 +7,10-Ю-4 -Крс 0,74 8,23 8,18

М401А-1 ду = 2,03 + 0,30 • г + 3,41 -10~3 - КРе 0,95 37,3 4,44

цу = 2,44 + 0,26 • 1 -1,64 • 10~2 ■ КРе + + 4.30-10"3 -г2+3-10-К2Ре 0,95 39.8 4,39

По результатам математического моделирования получены прикладные прогнозные формулы. Адекватность разработанных моделей прогнозирования остаточного ресурса дизеля проверялась на опытном материале. Апостериорная достоверность прогнозирования составила, например, для линейной модели величину, равную 89 %, при выбранной ошибке второго рода р = 0,05.

В шестой главе представлены результаты моделирования алгоритмов диагностирования коленчатого вала дизелей 6ЫУ026А-3 теплоходов проекта 1741А по параметрам крутильных колебаний. Для обоснования выбора диагностических параметров и критериев проведены расчёты собственных частот и относительных амплитуд валовой линии дизеля; осуществлены оценка и идентификация технического состояния силиконового демпфера; исследована информативность амплитудно-частотной характеристики спектрограммы крутильных колебаний; разработаны математическая модель и методика прогнозирования остаточного ресурса коленчатого вала дизеля по средней амплитуде спектрограммы крутильных колебаний валовой линии СЭУ.

Измерения крутильных колебаний эксплуатируемых дизелей проводились при помощи автоматизированного измерительно-вычислительного комплекса БАГС-4 в соответствии с программой по торсиографированию валопроводов,

согласованной с Западно-Сибирской инспекцией Российского Речного Регистра. Расчёты собственных частот ю и относительных амплитуд а десятимассовой крутильной схемы, приведённой на рисунке 9, осуществлялись методом математического моделирования в программном пакете МаЛСАО версии 13.

Рисунок 9 — Приведённая крутильная схема валовой линии СЭУ теплохода проекта (741 А: 1 — демпфер; 2 - 7 - коленчатый вал;

8 - маховик; 9 - реверс-редуктор; 10 — гребной винт

Исходя из максимального порядка рассматриваемых гармоник (равного 12) и максимальной частоты вращения коленчатого вала дизеля 1000 мин"1, была установлена максимальная граница рассматриваемых частот колебаний, равная 200 Гц. Для определения работы возмущающих моментов в диссертации были построены графики их развития в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля. Показано, что с увеличением частоты коленчатого вала работа возмущающих моментов возрастает, а с увеличением порядка гармоники она уменьшается.

По результатам эксплуатационного мониторинга произведена идентификация технического состояния демпферов. Дизели с работоспособными демпферами были отнесены к исправному техническому состоянию, а дизели, у которых была нарушена нормальная работа демпфера (заклинивание инерционной массы в корпусе, повышенная температура и отсутствие демпфера в валовой линии), — к дефектному Г)2 состоянию. Математическая обработка массивов спектрограмм крутильных колебаний различных состояний дизеля (рисунок 10), отснятых в течение двух навигаций с 14 дизелей при одинаковой диагностической частоте вращения коленчатого вала (600 мин"1), показала существенное различие их статистических характеристик (таблица 6). Как следует из анализа результатов таблицы 6, среднее значение амплитуды А по массиву данных дефектного В2 состояния в 2,85 раз превышает такой же уровень амплитуд колебаний валопровода исправного состояния демпфера. На этом основании в качестве диагностического параметра состояния демпфера принята величина средней амплитуды А крутильных колебаний.

Исходя из гипотезы нормального распределения величин средних амплитуд А спектрограмм при цене деления, равной 4 • 10~3 рад / дел, установлены до-

пустимый и предельный нормативы для оценки состояния демпфера при уровне надёжности Р = 0,95 и критерии Стьюдента tp = 2,48

=М£>1) + 1Р 04^) = 1,79 + 2,48-0,617 =3,32делений

или 1,33-10 " рад; Апрсд=А(02)-1р сг(й2) = 4,88-2,48-0,332 = 4,10делений

—2

или 1,64-10 рад.

А, рад 8*10"3 4*10'3 0

Ui 1 и

i fli V Ш Ki

1 ' 1 ч! щ и AMfUi \Ah VA^

0.0 12,2 24,4 36,6 48,8 61,0 73,2 85,4 97,7 110,0 122,0 134,0 146.0 159,0 171,0 183,0 195,0

v, Гц

Рисунок 10 - Спектрограмма крутильных колебаний валовой линии дизеля 6МУ026А-3 левого борта теплохода «РТ-689» состояния О,

Таблица 6 — Результаты статистической обработки спектрограмм крутильных колебаний дизелей 6>АТ}26 А-3

Состояние дизеля Статистические характеристики

Среднее значение А, безр. Диспер- 2 СИЯ, (Т Критерий Фишера F Критерий Стьюдента t при Р = 0,95 при Р = 0,95

Dl 1,79 0,381 4,39 10,89 4,28 4,22

d2 4,88 0,110

Кроме того, детальный анализ спектрограмм показал, что у валов с дефектным состоянием демпфера амплитуды крутильных колебаний в установленном диапазоне частот от 0 до 200 Гц в районе собственной частоты 54,031 Гц одно-узловой формы колебаний и собственной частоты 71,490 Гц двухузловой формы колебаний в три и более раз превышают величины амплитуд на тех же частотах в валах с исправными демпферами.

В соответствии с методикой оценки диагностической ценности параметров, принятой в наших исследованиях, проведены расчёты диагностической ценности параметров спектрограммы КК в распознавании состояния демпфера. Установлено, что диагностическая ценность относительных амплитуд для всех интервалов частот, представленная фрагментом в таблице 7, достаточно равномерно распределена по массиву экспериментальных данных. При этом величи-

ны частной диагностической ценности 2В^{А.) для дефектных состояний демпфера в среднем в 2,44 раза превышают аналогичные величины гв (А.) исправных состояний. Среднее значение общей диагностической ценности амплитуд крутильных колебаний, равное 0,842 бит, в 2,3 раза превышает аналогичное значение для средней концентрации железа в масле дизелей Г70-5 (0,353 бит).

Таблица 7 - Фрагмент результатов расчёта диагностической ценности параметров спектрограммы крутильных колебаний

Интервал частот Диагностическая ценность, бит

^ м

1 0.6131 1,5305 0,9306

2 0,5523 1,3922 0,8426

15 0,6130 1,5306 0,9306

16 0,5306 1,0673 0,7162

Средняя 0,5574 1.3640 0,8420

Теоретический анализ и полученные результаты экспериментальных исследований показали, что весь комплекс явлений, составляющих существо процесса накопления усталостных повреждений при циклических нагрузках, приводит к росту интенсивности КК валовой линии дизеля. В качестве критерия накопления усталостных повреждений была принята средняя амплитуда А спектрограмм КК, снимаемых с исправных дизелей 6ЫУ026-А3. Обработка массива экспериментального материала методом наименьших квадратов позволила установить наличие довольно тесной зависимости, представленной линейной регрессионной моделью (рисунок 11)

Л = 2,016-10~5+ 1,774-Ю-4 I (36)

с коэффициентом корреляции г = 0,975. Относительная ошибка аппроксимации составила 8,81 % при уровне доверительной вероятности Р = 0,95. Здесь А - средняя амплитуда, рад; I — время, тыс. ч.

Рисунок 11 - Зависимость средней амплитуды крутильных колебаний валовой линии от наработки дизеля 6ТЯ\Ш26А-3

На основе полученной математической модели (36) разработан алгоритм линейного прогнозирования остаточного ресурса коленчатого вала дизеля и получена прогнозная формула вида

где А^ - допустимая величина средней амплитуды спектрограммы, определяемая по результатам наблюдений; А: - допустимая амплитуда г — ой реализации;

í¡ - наработка дизеля на момент измерения, тыс. ч.

В седьмой главе рассмотрена практическая реализация результатов диссертационной работы. Дано описание внедрённой в ЗСРП при личном участии автора системы диагностирования судовых дизелей методом комплексного анализа РММ (СДПМ). Приводится методика расчёта экономической эффективности от внедрения диагностики судовых дизелей по комплексу ПРМ, утверждённая руководством ЗСРП. Показано, что реальный годовой экономический эффект от внедрения системы диагностирования дизелей Г70-5, рассчитанный по предложенной методике, по данным трёх навигаций составил 60035 рублей или 1715 рублей на один дизель (в ценах до 1991 года), а срок окупаемости капитальных вложений — 0,9 года. Основные результаты диссертационной работы приняты к внедрению в ОАО «Томская судоходная компания», ожидаемый экономический эффект составит 5 млн. рублей в год при сроке окупаемости капитальных вложений около двух лет. Кроме того, результаты работы рекомендованы к внедрению на судах Западно-Сибирского региона Западно-Сибирским филиалом ФГУ «Российский Речной Регистр» и используются в учебном процессе при подготовке специалистов судомеханической специальности для речного и морского флота в Новосибирской государственной академии водного транспорта. Сказанное подтверждено четырьмя актами внедрения, приложенными к диссертации. Основные теоретические, экспериментальные результаты и научно-технические решения настоящей работы легли в основу нормативного документа «Стандарт предприятия. Система диагностирования дизелей по методу комплексного анализа смазочного масла. СТП 314.536.0-01-88» и «Рекомендаций по диагностированию коленчатого вала судового дизеля по параметрам крутильных колебаний» [24].

1 Для решения проблемы обеспечения надёжности и ресурсосберегающей эксплуатации судовых дизелей предложен комплекс методов диагностирования, основанных на анализе продуктов износа, показателей работающего моторного масла и амплитудно-частотной характеристики валовой линии судового дизеля. На основе системного подхода исследование стохастического изменения величин комплекса диагностических параметров технического состояния элементов

(37)

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

судовых дизелей позволило разработать оптимальные модели, алгоритмы и методики диагностирования, позволяющие с наименьшими затратами, используя внутренние резервы системы технической эксплуатации, эффективно управлять техническим состоянием парка дизелей.

2 С позиций системной методологии разработаны теоретические положения построения диагностической модели комплекса «судовой дизель - РММ — вало-провод СЭУ - система ТЭФ пароходства», основанной на принципах управления и обучения. Особенность её заключается в детальном анализе прямых и обратных связей, отражающих информационные процессы системообразующих элементов диагностируемого комплекса.

3 В зависимости от вида информации, поступающей с параметрами РММ, сформирован и классифицирован по трём группам оптимальный комплекс диагностических параметров основных (системообразующих) элементов и узлов, систем и самого РММ судовых дизелей Г70-5, М400, М401А-1.

4 По результатам вероятностно-статистического анализа характеристик распределения величин диагностических параметров для различных состояний деталей ЦПГ средне- и высокооборотных судовых дизелей по критерию Пирсона « х — квадрат» с вероятностью Р = 0,95 установлено, что из пяти теоретических законов наиболее приемлемым является гамма - распределение.

5 На основе системного подхода разработана модель обучающегося алгоритма диагностирования основных элементов дизеля по комплексу параметров РММ, отличающаяся тем, что позволяет:

— принимать однозначное решение о состоянии элемента по нормативным величинам основного диагностического параметра, установленных с учётом статистических характеристик его распределения по методу Неймана-Пирсона с заданной вероятностью ошибок первого рода («ложная тревога») и второго рода («пропуск дефекта»);

— при нахождении величин основного диагностического параметра в «зоне неопределённости» для установленных априорных вероятностей различных состояний элемента и заданных ошибках первого и второго рода принимать решение о состоянии элемента по комплексу дополнительных диагностических параметров методом последовательного статистического анализа Вальда;

— оптимизировать диагностические нормативы и критерии в связи с изменившимися условиями эксплуатации.

6 Разработан вероятностно-статистический метод расчёта информативности диагностических параметров (на примере цилиндровых втулок дизелей 6ЧРН 36/45), по результатам численного моделирования которого сформирована диагностическая матрица, обеспечивающая эффективное использование обучающегося алгоритма диагностирования на основе выбора оптимального числа интервалов и упорядочивания диагностической ценности параметров.

7 Разработаны математическая модели и методики прогнозирования остаточного ресурса основных трущихся деталей дизеля (на примере цилиндровых втулок дизеля 6ЧРН 36/45) по средней концентрации железа в РММ и его об-

щей загрязнённости. Особенность их состоит в использовании экспериментально установленных тесных корреляционных зависимостей между средней скоростью изнашивания цилиндровых втулок, средней концентрацией железа в масле и его общей загрязнённостью для назначения допустимой величины изнашивания при заданной ошибке второго рода. Апостериорная достоверность прогноза составила 86 %.

8 Для высокооборотных дизелей 12ЧСН 18/20 с вероятностью /> = 0,95 установлено, что условия эксплуатации, режимы работы и условия работы узлов трения дизелей, работавших на различных сортах масел (М16В2, М20В2), в среднем примерно одинаковые и нет существенных различий в скорости изнашивания деталей и в изменении физико-химических свойств РММ, характеризующихся рассматриваемыми диагностическими параметрами.

9 На основе полиномиального моделирования для высокооборотных дизелей 12ЧСН 18/20 разработаны методики прогнозирования остаточного ресурса деталей ЦПГ по угару и комплексу параметров РММ. На основе широкого опытного материала по результатам моделирования получены рабочие прогнозные формулы. Адекватность разработанных моделей прогнозирования остаточного ресурса дизеля подтверждена широким опытным материалом. Апостериорная достоверность прогнозирования составила, для линейной модели величину, равную 89 %, при выбранной ошибке второго рода р = 0,05.

10 Проведённый теоретический анализ основных характеристик крутильных колебаний показал:

— снижение демпфирующей способности колеблющейся системы ведёт к возрастанию амплитуды, величину которой можно получить только с учётом работы сил сопротивления эксплуатируемой валовой линии СЭУ в зависимости от её наработки;

— в качестве критериев оценки и идентификации состояния элементов валовой линии следует рассматривать изменение параметров амплитудно-частотной характеристики крутильных колебаний в процессе эксплуатации дизеля.

11 По результатам проведённых стендовых испытаний валовой линии и эксплуатационного мониторинга крутильных колебаний валовой линии дизеля 6Ы\Г026А-3 теплохода проекта 1741А при помощи автоматизированного комплекса БАГС-4 предложены научно обоснованные решения, реализующие методические и алгоритмические принципы системного подхода к оценке и анализу состояния судового дизеля, заключающиеся в следующем:

— в разработке методики диагностирования силиконового демпфера дизеля по параметрам амплитудно-частотной характеристики спектрограммы крутильных колебаний валовой линии СЭУ, отличающейся вероятностно-статистическим подходом к распознаванию;

— в предложенном методе исследования информативности амплитудно-частотной характеристики спектрограммы крутильных колебаний валовой линии дизеля, отличающегося наиболее полным учётом частотного диапазона в установлении диагноза;

— в разработке математической модели и методики прогнозирования остаточного ресурса коленчатого вала дизеля по средней амплитуде спектрограммы КК валовой линии СЭУ, отличающейся простотой и высокой достоверностью прогноза.

12 На основе полученных результатов диссертационной работы в ЗападноСибирском речном пароходстве (ЗСРГГ) создана и внедрена система диагностирования по параметрам РММ, разработан «Стандарт предприятия. СТП 314.536.0-01-88: Система диагностирования дизелей по методу комплексного анализа смазочного масла». Реальный годовой экономический эффект от внедрения системы диагностирования дизелей Г70-5 по методу комплексного анализа смазочного масла по данным трёх навигаций составил 60035 рублей или 1715 рублей на один дизель Г70-5 (в ценах до 1991 года), а срок окупаемости капитальных вложений - 0,9 года. Разработаны практические рекомендации по диагностированию элементов валовой линии эксплуатируемых судовых дизелей по параметрам крутильных колебаний. Основные результаты диссертационной работы приняты к внедрению ОАО «Томская судоходная компания», ожидаемый экономический эффект внедрения составит 5 млн. рублей в год при сроке окупаемости капитальных вложений около двух лет. Кроме того, результаты работы рекомендованы к внедрению на судах Западно-Сибирского региона Западно-Сибирским филиалом ФГУ «Российский Речной Регистр» и используются в учебном процессе при подготовке специалистов судомеханической специальности для речного и морского флота в Новосибирской государственной академии водного транспорта.

Список научных трудов по теме диссертации:

Статьи, опубликованные в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК

1 Викулов, C.B. Вибродиагностика элементов коленчатого вала судового дизеля по параметрам крутильных колебаний / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока.-2013.-№2.-С. 194- 198.

2 Викулов, C.B. Физическая картина формирования законов распределения диагностических параметров / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока.-2012,-№2.-С. 196- 198.

3 Викулов, C.B. Оценка и анализ технического состояния силиконового демпфера крутильных колебаний судового дизеля / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. - 2012. - № 1. — С. 260 - 263.

4 Викулов, C.B. Анализ амплитудно-частотной характеристики крутильных колебаний валовой линии судового дизеля / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. -2012,-№ 1.-С. 257-260.

5 Викулов, C.B. Математическая модель алгоритма диагностирования эксплуатируемых судовых дизелей на основе спектрального анализа картерного масла / C.B. Викулов, Л.А. Шеромов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. -20П.-№2. -С. 162-165.

6 Викулов, C.B. Стендовые испытания автоматизированного вычислительно-измерительного комплекса крутильных колебаний БАГС-4 / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. - 2011. - № 2. - С. 187 - 191.

7 Викулов, C.B. Расчёт собственных частот и относительных амплитуд крутильных колебаний валовой линии дизельных СЭУ / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока.-2011.- №2.-С. 184-187.

8 Викулов, C.B. Диагностическая модель комплекса «дизельная СЭУ — система ТЭФ речного пароходства» / C.B. Викулов, Л.А. Шеромов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. - 2011. - № 2. - С. 156 - 160.

9 Викулов, C.B. Торсиографическая оценка технического состояния силиконового демпфера валопровода СЭУ / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибирии Дал. Востока,-2011.-№ 1.-С. 140-141.

10 Викулов, C.B. Информативность диагностических параметров спектрограммы крутильных колебаний валопровода судовых энергетических установок /C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. - 2011. - № 1. -С. 137-139.

11 Викулов, C.B. Прогнозирование остаточного ресурса деталей ЦПГ судового дизеля по общей загрязнённости масла / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. - 2010. - № 2. - С. 292- 294.

12 Викулов, C.B. Трибологическая оценка состояния дизелей по общей загрязнённости масла / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. - 2010. - № 2. - С. 289 - 292.

13 Викулов, C.B. Прогнозирование остаточного ресурса коленчатого вала судового дизеля методом исследования крутильных колебаний / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. -2010. -№ 1. - С. 131-133.

14 Викулов, C.B. Прогнозирование остаточного ресурса деталей ЦПГ высокооборотных судовых дизелей по комплексу параметров смазочного масла / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока - 2009. - № 2. -С. 170-173.

15 Викулов, C.B. Прогнозирование остаточного ресурса деталей ЦПГ высокооборотных судовых дизелей по расходу масла / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. — 2009. —№ 2. — С. 173 - 175.

16 Викулов, C.B. Анализ основных направлений теории прогнозирования / C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. - 2008. - № 2. -С. 178 -179.

17 Викулов, C.B. Проблема прогнозирования состояния технических объектов в условиях эксплуатации / C.B. Викулов, A.C. Екимов, C.B. Штельмах // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. - 2008. - № 2. - С. 143 - 144.

18 Викулов, C.B. Критерий усталостной долговечности коленчатого вала дизеля / C.B. Викулов, С.С. Глушков, C.B. Штельмах // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. - 2008. - № 1. - С. 201 - 202.

19 Викулов, C.B. Работа гармонических возмущающих моментов в судовых энергетических установках / C.B. Штельмах, С.С. Глушков, C.B. Викулов // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. - 2008. - № 1. - С. 164-167.

20 Викулов, C.B. Внедрение безразборной диагностики дизелей / C.B. Викулов, Н.М. Учкин, JT.A. Шеромов // Речной транспорт. - 1982. - № 11. -С. 32-33.

Монографии, научные и учебные издания

21 Викулов, C.B. Основы технической диагностики судовых дизелей по комплексу параметров работающего моторного масла / C.B. Викулов. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2011. — 176 с.

22 Викулов, C.B. Основы технической диагностики коленчатого вала судового дизеля по параметрам крутильных колебаний / C.B. Викулов. — Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2013. - 125 с.

23 Викулов, С. В. Техническая физика. Механика деформированного твердого тела: учебное пособие / C.B. Викулов - Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2012. -104 с.

24 Викулов, C.B. Рекомендации по диагностированию коленчатого вала судового дизеля по параметрам крутильных колебаний / C.B. Викулов. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2013. - 49 с.

Статьи и доклады, опубликованные в российских и международных изданиях

25 Викулов, C.B. К вопросу о диагностировании судовых ДВС методом спектрального анализа смазочных масел / C.B. Викулов // Применение ЭВМ на водном транспорте. - Новосибирск, 1980. - С. 3 - 7. - (Тр. НИИВТ; вып. 151).

26 Викулов, C.B. К вопросу об определении предельно допустимых значений диагностических параметров на основе спектрального анализа работающего масла / C.B. Викулов // Судовые энергетические установки. — Новосибирск, 1981.-С. 26-32.-(Тр. НИИВТ; вып. 158).

27 Викулов, C.B. О формировании комплекса диагностических параметров для оценки состояния судовых ДВС по показателям масла / C.B. Викулов, JI.A. Шеромов // Судовые энергетические установки. - Новосибирск, 1980. - С. 33 -38. - (Тр. НИИВТ; вып. 158).

28 Викулов, C.B. Диагностика судовых ДВС по параметрам работающего масла на основе спектрального анализа / C.B. Викулов, ДА. Шеромов // Судовые энергетические установки. - Новосибирск, 1981. - С. 39 - 48. - (Тр. НИИВТ; вып. 158).

29 Викулов, C.B. Возможный подход к построению методики прогнозирования остаточного ресурса судовых ДВС по концентрации продуктов износа в смазочном масле / C.B. Викулов // Повышение эффективности технической эксплуатации СЭУ. - Новосибирск, 1982. - С. 78 - 84. - (Тр. НИИВТ; вып. 161).

30 Викулов, C.B. Оптимизация алгоритма технического диагностирования / C.B. Викулов, Л.А. Шеромов // Повышение эффективности технической эксплуатации СЭУ. - Новосибирск, 1983. - С. 68 - 77. - (Тр. НИИВТ).

31 Викулов, C.B. Оценка технического состояния судовых дизелей по угару масла / C.B. Викулов, Б.О. Лебедев // Проектирование и расчёт судов внутреннего плавания. - Новосибирск, 1985. - С. 96 - 103. - (Тр. НИИВТ).

32 Викулов, C.B. Влияние нагрузки на ресурс двигателя 12ЧСН18/20 / C.B. Викулов, Л.П. Акимов // Совершенствование технической эксплуатации СЭУ и исследование процессов в судовых дизелях. - Новосибирск, 1986. - С. 135 -138.-(Тр. НИИВТ).

33 Викулов, C.B. Прогнозирование расхода масла судовых дизелей по косвенным параметрам / C.B. Викулов, Б.О. Лебедев // Вопросы прочности и эксплуатационной надёжности судовых сцепных устройств. - Новосибирск, 1986. -С. 96 - 101. - (Тр. НИИВТ).

34 Викулов, C.B. Колебания виброизолированного двигателя / С.П. Глуш-ков, C.B. Викулов // Кинематика и динамика механизмов. - Новосибирск, 2000.

- С. 53 - 80. - (Тр. НГАВТ).

35 Викулов, C.B. Повышение ценности информации в алгоритме диагностирования / C.B. Викулов // Экология и ресурсосбережение в материаловедении: международный сборник научных трудов. - Новосибирск: Новосиб. гос. аграр. ун-т, 2000. - С. 133 - 136.

36 Викулов, C.B. Алгоритм прогнозирования остаточного ресурса ДВС по концентрации продуктов износа в смазочном масле / C.B. Викулов // Сибирский научный вестник. - 2007. - № 10. - С. 138 - 142.

37 Викулов, C.B. Математическая модель прогнозирования остаточного ресурса ДВС по концентрации железа в работающем масле / C.B. Викулов, А.П. Пичугин // Моделирование в компьютерном материаловедении: материалы 46-го международного семинара, 26 - 27 апреля 2007 г. Одесский дом учёных. -Одесса: «Астропринт», 2007. - С. 221 — 222.

38 Викулов, C.B. Условия формирования законов распределения диагностических параметров смазочного масла судовых ДВС / C.B. Викулов, С.П. Глуш-ков // Сибирский научный вестник. — 2007. - № 10. - С. 142 — 145.

39 Викулов, C.B. Совершенствование математической модели прогнозирования остаточного ресурса ДВС по концентрации железа в масле / C.B. Викулов // Материалы конференции профессорско-преподавательского состава НГАВТ. -2008.-С. 95-98.

40 Викулов, C.B. Философские проблемы прогнозирования состояния технических объектов / C.B. Викулов, Е.В. Сухобрус // Философия науки и техники: тезисы и материалы межвузовской научной конференции, апрель 2008 г. -Новосибирск: НГАВТ. - С. 121 - 124.

41 Викулов, C.B. Диагностическая ценность параметров крутильных колебаний валопровода СЭУ / C.B. Викулов // Сибирский научный вестник. - 2007.

— № 15.-С. 173-175.

Отчёты о научно-исследовательских работах

42 Разработка комплексной системы эксплуатационной и предремонтной диагностики дизелей: Отчёт о НИР, х/д - 4/79 / Новосиб. институт инженеров вод. трансп., рук. ДА. Шеромов. - Новосибирск: [б.и.], 1984. - 341 с. -Исполн.: Викулов C.B. [и др.]. - ГР № 2840068299.

43 Разработка метода диагностики судовых дизелей по параметрам амплитудно-частотной характеристики крутильных колебаний валовой линии: Отчёт о НИР, г/б - 11 / ФБОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.»; рук. Горелов В.П. - Новосибирск: [б.и.], 2013. - 134 с. - Отв. исполн. Викулов C.B. [и др.]. - ГР № 01.88. 0004137. -Инв. № 02201452323.

Личный вклад в статьях [19, 34], опубликованных в соавторстве, составляет не менее 30 %, в остальных статьях - не менее 50 %.

Подписано в печать 19. 02. 2014 г. с оригинал-макета

Бумага офсетная № 1, формат 60 x84 1/16, печать трафаретная-Riso.

Усл. печ. л. 2,3. Тираж 130 экз. Заказ № 18. Бесплатно.

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

ФБОУ ВПО («НГАВТ»)

630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33.

Отпечатано в типографии ФБОУ ВПО «НГАВТ»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

На правах рукописи

Викулов Станислав Викторович

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

Специальность 05.08.05. - «Судовые энергетические установки и их

элементы (главные и вспомогательные)»

ю

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени доктора технических наук

СМ ^

ю

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Глушков Сергей Павлович

НОВОСИБИРСК - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................7

ГЛАВА 1 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ: СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ..........................................................31

1.1 Значение, роль и место технической диагностики основных элементов судовых дизелей в системе технической эксплуатации

флота речного пароходства..............................................................31

1.2 Обзор и анализ работ по техническому диагностированию среднеоборотных и высокооборотных двигателей внутреннего

сгорания.......................................................................................36

1.3 Обзор и анализ методов и средств диагностирования двигателей внутреннего сгорания по параметрам работающего моторного масла.........45

1.4 Обзор и анализ работ по методам оценки состояния элементов

линии коленчатого вала судовых дизелей...........................................53

1.5 Обзор и анализ методов и средств диагностирования судовых

дизелей по крутильным колебаниям...................................................61

1.6 Выводы по обзору. Постановка задач исследования...........................73

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ...........................76

2.1 Системный анализ комплекса «судовой дизель - работающее моторное масло - валопровод судовой энергетической установки -система технической эксплуатации флота речного пароходства»...............76

2.2 Теоретическое обоснование выбора комплекса диагностических параметров состояния трущихся деталей, работающего моторного

масла и систем дизеля......................................................................85

2.3 Математическое моделирование алгоритмов диагностирования

по параметрам работающего моторного масла и их функционирование в системе технической эксплуатации флота пароходства..........................98

2.4 Теоретические основы исследования информативности диагностических параметров.......................................................... 106

2.5 Теоретический анализ параметров крутильных колебаний

для диагностирования элементов валовой линии судового дизеля ...........109

2.5.1 Математическое моделирование расчёта собственных частот и форм крутильных колебаний валовой линии дизельной судовой энергетической установки............................................................109

2.5.2 Теоретический анализ работы возмущающих моментов валовой линии дизельной судовой энергетической установки......................... 113

2.5.3 Математическое моделирование вынужденных колебаний

валовой линии дизельной судовой энергетической установки.............. 117

2.6 Общие закономерности построения математических моделей прогнозирования состояния основных элементов судовых дизелей.......... 121

2.7 Основные результаты исследования. Выводы................................125

ГЛАВА 3 МЕТОДОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИН ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ. ВЫБОР ЧИСЛА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ...................................................128

3.1 Организация проведения опытных исследований.............................128

3.2 Методика проведения экспрессного спектрального анализа работающего моторного масла.........................................................129

3.3 Методики проведения физико-химических анализов работающего моторного масла...........................................................................136

3.3.1 Определение содержания механических примесей работающего моторного масла.......................................................................136

3.3.2 Определение водородного показателя, щелочного и кислотного чисел работающего моторного масла............................................. 138

3.3.3 Определение температуры вспышки работающего моторного

масла..................................................................................... 138

3.3.4 Определение содержания воды в работающем моторном масле.... 139

3.3.5 Определение вязкости работающего моторного масла................. 140

3.4 Выбор числа объектов исследования для оценки их технического

состояния по параметрам работающего моторного масла........................140

3.5 Методика проведения измерений параметров крутильных

колебаний валовой линии при помощи комплекса БАГС-4.....................150

3.5.1 Автоматизированный измерительно-вычислительный

комплекс БАГС-4......................................................................150

3.5.2 Стендовая экспериментальная установка.................................154

3.5.3 Результаты стендовых измерений крутильных колебаний

валовой линии..........................................................................155

3.5.4 Анализ амплитудно-частотной характеристики крутильных колебаний валовой линии судовой энергетической установки...............159

3.6 Основные результаты исследования. Выводы..................................163

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

ПО ПАРАМЕТРАМ РАБОТАЮЩЕГО МОТОРНОГО МАСЛА.........165

4.1 Математическое моделирование и результаты расчёта корректируемых диагностических нормативов дизелей Г70-5..................165

4.2 Математическое моделирование и оптимизация обучающегося алгоритма диагностирования состояния основных элементов

дизелей Г70-5...............................................................................180

4.3 Разработка методики прогнозирования остаточного ресурса цилиндровых втулок дизелей Г70-5 по средней концентрации

железа в работающем моторном масле............................................. 196

4.4 Разработка методики диагностирования состояния цилиндровых втулок дизелей Г70-5 по общей загрязнённости работающего

моторного масла...........................................................................204

4.5 Основные результаты исследования. Выводы................................209

ГЛАВА 5 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ВЫСОКООБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

ПО ПАРАМЕТРАМ РАБОТАЮЩЕГО МОТОРНОГО МАСЛА.........211

5.1 Экспериментально-теоретическое исследование влияния нагрузки

на ресурс дизелей 12ЧСН 18/20.......................................................211

5.2 Математическое моделирование и результаты расчёта диагностических нормативов дизелей 12ЧСН 18/20.............................216

5.3 Разработка методики диагностирования состояния деталей цилиндропоршневой группы дизелей 12ЧСН 18/20 по угару работающего моторного масла.........................................................228

5.4 Разработка математических моделей и методик прогнозирования остаточного ресурса деталей цилиндропоршневой группы дизелей

12ЧСН 18/20 по комплексу параметров работающего моторного масла.... 233

5.5 Основные результаты исследования. Выводы................................242

ГЛАВА 6 МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ВАЛОВОЙ ЛИНИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПО ПАРАМЕТРАМ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ....................................................243

6.1 Измерение крутильных колебаний валовой линии судовой энергетической установки при эксплуатации теплоходов......................243

6.1.1 Характеристики объекта исследования....................................243

6.1.2 Расчёт собственных частот и относительных амплитуд крутильных колебаний валовой линии теплохода проекта 1741А...........245

6.2 Разработка методики диагностирования силиконового демпфера крутильных колебаний судового дизеля.............................................251

6.3 Результаты исследования информативности диагностических параметров спектрограммы крутильных колебаний при оценке

состояния силиконового демпфера....................................................259

6.4 Разработка математической модели и методики прогнозирования остаточного ресурса коленчатого вала дизеля по параметрам крутильных колебаний...................................................................................265

6.5 Основные результаты исследования. Выводы.................................270

ГЛАВА 7 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КОМПЛЕКСА ИССЛЕДОВАНИЙ................................................272

7.1 Система диагностирования судовых дизелей методом

комплексного анализа работающего моторного масла...........................272

7.2 Экономическая эффективность от внедрения диагностики судовых дизелей по комплексу параметров работающего моторного масла...........275

7.2.1 Общая часть.....................................................................275

7.2.2. Расчёт издержек по устранению дефектов..............................276

7.2.3. Расчёт текущих затрат на содержание и эксплуатацию спектральной установки............................................................277

7.2.4. Расчёт капитальных вложений на создание системы диагностирования....................................................................278

7.3. Внедрение результатов исследований..........................................279

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................281

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................285

ПРИЛОЖЕНИЯ.........................................................................305

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Эффективность эксплуатации главных судовых дизелей определяется, по существу, показателями надёжности, экономичности, ресурса работы и трудоёмкости их обслуживания [18, 26, 33, 36, 44, 52, 76, 98, 101, 102, 123, 128, 169, 187, 190]. В сложившихся рыночных условиях хозяйствования улучшение этих показателей приобретает особую актуальность для отдалённых районов Сибири и Дальнего Востока, где водный транспорт является основным, а зачастую - единственным видом транспорта, способным доставлять грузы в больших количествах. В решении проблемы обеспечения надёжной и ресурсосберегающей эксплуатации судовых дизелей важная роль принадлежит внедрению технологий диагностирования, основанных на эффективных методах и алгоритмах, повышающих достоверность оценки их состояния.

Ресурсные показатели и экономичность работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) различного назначения (в том числе главных дизелей речных судов) в значительной мере определяются износным состоянием трущихся деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ), кривошипно-шатунного механизма (КШМ), подшипников коленчатого вала, а также усталостной прочностью его элементов. Следовательно, очевидна необходимость разработки методов оценки их состояния, что подтверждается многочисленными исследованиями [10, 12, 16, 27, 32, 33, 36, 38, 46, 59, 62, 69, 76, 80, 94, 126, 141, 146, 164, 165].

Проведённые исследования и производственный опыт транспортных предприятий, эксплуатирующих ДВС, показали, что наиболее эффективным методом, позволяющим заблаговременно оценивать состояние большого числа трущихся деталей, смазочных свойств масла и некоторых систем двигателя без вывода его из эксплуатации, является диагностирование и прогнозирование на основе спектрального анализа продуктов износа в работающем моторном масле (РММ). Широкое распространение метод оценки состояния

ДВС различного назначения по параметрам РММ получил за рубежом [101, 197 - 202, 204 - 212, 215]. В нашей стране накоплен большой эксплуатационный опыт такого диагностирования тепловозных дизелей [65, 125, 133, 139, 144, 146, 185], двигателей автомобилей [25, 59, 71, 80, 89 - 91, 95, 124, 168], тракторов [17, 69, 80, 96, 127, 141, 164, 184, 191], газотурбинных двигателей самолётов [75, 112, 121, 137, 143, 177]. В меньшей степени нашёл применение данный метод при эксплуатации судовых дизелей речного и морского флота [28, 34, 36, 47, 62, 115, 131, 147, 169].

Анализ существующих методов и средств оценки усталостной прочности элементов валовой линии судовой энергетической установки (СЭУ) [1,3, 56, 57, 76, 88, 101, 130, 192, 193, 203, 214, 216] позволяет утверждать, что для этих целей в настоящее время наиболее эффективным является метод вибродиагностики крутильных колебаний (КК) с применением портативных автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов типа БАГС-4 [56]. Информация здесь обрабатывается на основе современных информационных технологий, использующих максимальные возможности компьютерной техники [4, 43, 49, 56, 57, 192], и отличающихся экспрессным получением параметров амплитудно-частотной характеристики КК на основе быстрого преобразования Фурье.

Отдавая должное выполненным исследованиям по системному моделированию алгоритмов диагностирования ДВС, например, по параметрам экспрессного спектрального анализа РММ, необходимо отметить, что здесь имеется целый ряд нерешенных теоретических и практических задач. Алгоритмы не универсальны и в большинстве случаев не приемлемы к конкретным условиям эксплуатации дизелей речных судов. Для диагностирования усталостных повреждений элементов валовой линии судовых дизелей подобный опыт к настоящему времени весьма ограничен. Более того, тесная взаимосвязь усталостных процессов, происходящих в системе «судовой дизель -работающее моторное масло - валовая линия СЭУ», общее целевое назначение её в системе технической эксплуатации флота (ТЭФ) пароходства -

обеспечение надёжности, долговечности и экономичности работы - приводят к необходимости при моделировании оптимальных алгоритмов диагностирования рассматривать данные системы как единый комплекс с позиций системного подхода. Это позволит с наименьшими затратами, используя внутренние резервы системы, эффективно управлять техническим состоянием сложившегося парка дизелей.

Сказанное подтверждает, что задачи разработки эффективных методов моделирования алгоритмов диагностирования основных элементов эксплуатируемых судовых дизелей в условиях речного пароходства или судоходной компании как по параметрам РММ, так и КК с привлечением других информативных показателей далеки от своего полного решения, поэтому являются весьма актуальными. Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по направлению «Создание методов, технических средств и технологий технической диагностики основных деталей судовых механизмов и энергетического оборудования с оценкой ресурса их работы».

Объектом исследований являлся парк среднеоборотных и высокооборотных дизелей, эксплуатируемых на речных судах в условиях ЗападноСибирского региона.

Предметом исследований являлись оценка, анализ и идентификация технического состояния элементов судовых дизелей на основе информации, поступающей с параметрами работающего моторного масла и динамическими характеристиками крутильных колебаний коленчатого вала.

Научная гипотеза основана на диалектическом принципе о всеобщей связи явлений и процессов применительно к объекту и предмету исследований. Исследуя стохастическое изменение величин комплекса диагностических параметров, характеризующих техническое состояние парка судовых дизелей, на основе системного подхода можно создать оптимальные системные модели, алгоритмы и методики диагностирования, позволяющие с наи-

меньшими затратами, используя внутренние резервы системы, эффективно управлять техническим состоянием сложившегося парка дизелей.

Цель работы. Цель диссертационной работы состоит в разработке теоретических положений системного моделирования алгоритмов диагностирования элементов дизеля, лимитирующих его надёжность и моторесурс, создании на этой основе эффективных методов и прикладных методик диагностирования и их практической реализации в системе ТЭФ пароходства или судоходной компании.

Методы исследования. Теоретической и методологической базой для достижения поставленной цели работы являлись научные положения системной методологии, теории вероятностей и математической статистики, теории распознавания образов, теории ДВС, теории колебаний и математического моделирования на ЭВМ. В экспериментальном исследовании и практическом использовании результатов данной работы применялись современные физико-химические методы и методики (экспрессная эмиссионная спектрометрия, фотоэлектрическая колориметрия, потенциометрия и др.), измерительно-вычислительный комплекс БАГС-4, аттестованные и поверенные приборы. Обработка статистических данных и моделирование алгоритмов диагностирования и прогнозирования выполнены с применением ЭВМ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: обоснованностью исходных теоретических положений, вытекающих из физической картины исследуемых явлений и опыта эксплуатации судовых дизелей, адекватностью теоретических моделей многочисленному статистическому материалу практического использования для эксплуатируемых дизелей, широкой апробацией и внедрением.

Научная новизна диссертационной работы сводится к следующему: - на основе принципов системной методологии разработаны теоретические положения построения диагностической модели комплекса «судовой дизель - работающее моторное масло - валовая линия СЭУ - система ТЭФ

пароходства», отличающейся от существующих моделей более полным и эффективным использованием располагаемой информации;

- определён комплекс диагностических параметров, позволяющий получить достоверную информа�