автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Оптимизация эксплуатационных допусков на функциональные параметры двигателя при диагностировании трактора в режиме неустановившейся нагрузки

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.П. ОГАРЕВА

На правах рукописи

ИГАЙКИНА Ирина Ивановна

НА ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ ТРАКТОРА В РЕЖИМЕ НЕУСТАНОВИВШЕЙСЯ НАГРУЗКИ (на примере трактора класса 1,4)

Специальность05.20.03 — эксплуатация, восстановлением

ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саранск 1996

Работа выполнена в Мордовском государственном университете имени Н.П. Огарева

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор А.П.Савельев

Официальные оппоненты: доктор технических наук

В.В. Варнаков кандидат технических наук A.B. Котин

Ведущая организация — ПО "Минский тракторный завод", г. Минск

Защита состоится "20" июня 1996 г. в 10 ч 00 мин на заседании специализированного совета Д 063.72.04 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук в Мордовском государственном университете по адресу:

430004, Саранск, п/о Ялга, ул. Российская, 7, аудитория 320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева.

Автореферат разослан " 20 " мая 1996 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Высокопроизводительное использование машинно-тракторного парка по многом зависит от рациональном организации технического диагностирования тракторов. Для сокращения времени и затрат на диагностирование, оно проводится не в полном объеме, а только по функциональным параметрам. При этом делается заключение либо о дальнейшей эксплуатации трактора, либо о необходимости углубленной диагностики.

Как правило, параметры трактора (двигателя) при работе с неустановившейся нагрузкой и в стендовых условиях имеют резкое отличие как по средним значениям для одного объекта, так и по совокупности значении параметров за определенный период. Применение при тестовом диагностировании режимов близких к условиям реальном эксплуатации повышает достоверность диагноза.

Одним из важных направлений реализации динамических режимов диагностирования является обоснование оптимальных значений отклонений функциональных параметров двигателя.

Цель исследования — повышение эффективности функционирования тракторов за счет определения оптимальной периодичности их диагностирования и оптимизации эксплуатационных допусков.

Объект исследований. Затраты средств при функционировании и техническом обслуживании трактора МТЗ-80.

Научная новизна и основные результаты работы, которые выносятся на защиту:

1. Методика определения оптимальных допускаемых отклонении функциональных параметров и периодичности контроля технического состояния двигателя для целей диагностирования в режиме неустановившейся нагрузки.

2. Математическая модель, алгоритм и программа для определения оптимальных допускаемых отклонений и периодичности диагностирования функциональных параметров двигателя при работе трактора в режиме неустановившейся нагрузки.

3. Закономерности изменения функциональных параметров (эффективной мощности, расхода топлива) двигателя при совместном влиянии на него вероятностного характера нагрузки и технического состояния.

4. Математическая модель и программа определения математических ожиданий функциональных параметров тракторов в зависимости от закона распределения входного воздействия.

В работе представлены научно обоснованные решения по определению оптимальном периодичности диагностирования функциональных параметров двигателя, с учетом реальных условий эксплуатации трактора с целью повышения эффективности его функ-

цмоннрования.

Практическая ценность. Разработана методика определения оптимальных допускаемых отклонений функциональных параметров и периодичности контроля технического состояния двигателя (на примере двигателя Д-240Л) для целей диагностирования в режиме неустановившейся нагрузки. Определена оптимальная периодичность диагностирования двигателя Д-240Л. Результаты исследований могут быть использованы в хозяйствах АПК страны, а также на заводах-изготовителях при разработке технических условий на двигатель и трактор в целом и в учебном процессе при подготовке специалистов по механизации сельского хозяйства.

Реализация результатов исследований. По результатам исследований разработаны практические рекомендации по реализации оптимальной периодичности диагностирования тракторов.

Результаты исследований внедрены в ПО "Минский тракторный завод", Всероссийском научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства, используются в учебном процессе Мордовского госу.ниверситета имени Н.П. Огарева в курсах "Эксплуатация машинно-тракторного парка" и "Безопасность жизнедеятельности".

Экономический эффект от внедрения результатов исследований может составить около 102 руб. на один трактор класса 1,4 кН в год (в ценах 1991 года).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Мордовского государственного университета имени Н.П."Огарева (1990 — 1996 гг.), совещании руководящего инженерно-технического состава ПО "Минский тракторный завод" (г. Минск, 1994, 1996 г.г.).

Публикация работ по теме. Основное содержание диссертации отражено в 5 печатных работах.

Объем диссертации. Диссертация содержит 215 страниц машинописного текста, рисунков, 11 таблиц и состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 163 наименования, и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечаются актуальность проблемы, цель и задачи, проводимых исследований.

В первой главе на основе обзора научных исследований дана оценка современному состоянию проблемы и поставлены задачи исследования. Анализируя результаты исследований по диагностированию тракторов, можно отметить, что существует большое разнообразие научных и практических методов организации диагно-

стирования тракторов по функциональным параметрам. В создание и дальнейшее совершенствование теории и практики разработки методов и средств тестового и рабочего v диагностирования внесли большой вклад С.А. Иофинов, Б.А. Улитовский, Н.С. Ждановский, В.М. Михлин, JI.E. Агеев, В.А. Аллилуев, A.B. Николаснко, А.П. Савельев, К.Ю. Скибневский, В.Д. Саклаков, В.Я. Сковородин, • И.П. Терских, В.И. Виноградов, A.M. Плаксин и др.

Оценивая современное состояние проблемы в целом, необходимо отметить, что повышения эффективности функционирования тракторов можно достигнуть за счет диагностирования их работоспособности по функциональным параметрам. При чем тестовое диагностирование находит широкое применение на практике и служит необходимым звеном существующей системы технического обслуживания.

Наряду с имеющимися способами тестового диагностирования по функциональным параметрам тракторов в установившихся режимах появились научно обоснованные методы диагностирования в динамических режимах.

Несмотря на существующие публикации, до сих пор нет научно обоснованных решений, которые бы учитывали совместное действие технического состояния и неустановившейся нагрузки на эксплуатационные значения функциональных параметров при определении допускаемых отклонений диагностических параметров. По данной проблеме необходимо решение следующих основных задач:

1. Усовершенствовать методики определения допускаемых отклонений функциональных параметров и периодичности контроля технического состояния двигателя при диагностировании трактора в режиме неустановившейся нагрузки.

2. Установить закономерности изменения функциональных параметров двигателей Д-240Л в эксплуатационных условиях при изменении его технического состояния.

3. Установить зависимости математических ожиданий функциональных параметров тракторов от закона распределения входного воздействия.

4. Обосновать оптимальные значения эксплуатационных допусков на функциональные параметры двигателя Д-240Л и определить оптимальную периодичность его диагностирования при работе трактора в режиме неустановившейся нагрузки.

Во второй главе "Теоретические предпосылки определения допускаемых отклонений и периодичности их контроля для диагностирования двигателей в динамических режимах" изложены теоретические основы определения эксплуатационных допусков диагностических параметров двигателей в зависимости от степени его загрузки, технического состояния и их оптимизация.

При обосновании модели определения оптимального допускае-

мого отклонения параметра технического состояния трактора в качестве критерия йптимизации принимался минимум дополнительных удельных затрат средств на единицу выработки трактора (в эталонных гектарах), связанных с его эксплуатацией при пониженной мощности двигателя. Целевая функция удельных затрат средств определяется равенством:

Суд = | Сэо + СПр + Сд + Спи + СтJ -» min, <1)

где Сэо — общие удельные затраты средств при эксплуатации трактора с заниженной мощностью двигателя, руб. / эт. га;

СПр — затраты, связанные с профилактическими работами при восстановлении мощности двигателя, руб./эт.га;

Сл — затраты на диагностирование двигателя, руб./эт.га;

Спи — затраты, связанные с простоями трактора во время диагностирования и профилактических работ двигателя,руб./эт.га;

Ст — затраты, связанные с изменениями расхода топлива, руб./эт.га;

Снижение эффективной мощности двигателя приводит, как правило, к уменьшению сменной наработки трактора, создавая своеобразный скрытый простой по сравнению с технически исправным состоянием.

Потери от эксплуатации трактора с заниженной мощностью двигателя, вызванные совместным действием вероятностного характера внешней нагрузки и изменением технического состояния являются функцией наработки (рис. 1).

Зависимость эксплуатационных затрат от наработки

Рис. 1.

Эксплуатационные затраты Сэо могут быть представлены в виде двух составляющих: Сизн — затраты, связанные с повышенным

износом при эксплуатации двигателя с заниженной мощностью, руб. (по результатам известных исследований), и удельные эксплуатационные затраты С эо, которые определяются как потери, связанные с простоем трактора по техническим причинам.

Общие удельные эксплуатационные затраты Сао в руб. на I э. га определяются выражением:

I

п — " Сэр + Сизп) /<■>>

^эо — т > ,

гас ТПр — время скрытого простоя трактора за рассматриваемый период наработки,ч;

С эо = Carp + Су + См — удельные эксплуатационные затраты трактора, руб./ч;

Carp — потери от эксплуатации агрегата, трактор которого имеет заниженную мощность двигателя, руб./ч;

Су — потери от недобора урожая вследствии увеличения продолжительности проведения полевых работ, руб./ч;

См — затраты, связанные со скрытым простоем механизаторов, руб./ч;

Сизп — затраты, связанные с повышенным износом при эксплуатации двигателя с заниженной мощностью, руб.;

Т — наработка в э.га.

При определении "скрытого" простоя учитывается снижение мощности вследствие совместного действия вероятностного характера внешней нагрузки и технического состояния двигателя.

Время скрытого простоя за рассматриваемый период наработки определяется выражением:

Тпр = tnp" Т • Кпер , (3)

где tnp — время скрытого простоя за 1 ч наработки трактора, ч;

Кпер — средний коэффициент перевода э.га в часы, ч/э.га.

Доля времени скрытого простоя в течение часа работы трактора с заниженной мощностью определяется по формуле:

t = ви = t (4)

пр Warj Sn0T' (4)

где AWj = Wm-j— Wj — снижение эталонной производительности трактора при работе с заниженной мощностью двигателя на j операции;

W3Tj — эталонная производительность на j операции;

Wj — производительность трактора на j операции с заниженной мощностью двигателя;

£пот — коэффициент эксплуатационных потерь мощности дви-

гатсля при его эксплуатации;

t — время работы трактора, равное t = 1 ч. Значение коэффициента потерь мощности двигателя ^пот в процессе эксплуатации тракторов в режиме неустановившейся нагрузки находится по формуле:

£ - ÄNe

W ~ M(Nen) ' (5)

где — величина потерь мощности, Aj-C = Neu ~M(Nen);

M(NCii) — математическое ожидание мощности двигателя для фиксированного коэффициента вариации VM

M(NCI^ = С-{А,(т+ Mo) + Bi [о2 + 0,5A?, + (m + Mo)2 +

•^d„)]-de},

о2 + ?;2 | (T2du + 2(7?/

я 1

ж ■ Я —i. (6)

ГДСС 30-104 9554'

ai = Аг — Ai , bi = Вг — Bi — коэффициенты;

41[d„), (&(dii) — табулированные функции аргумента du.

На практике снижение мощности двигателя происходит постепенно от номинальной величины Neu до некоторой фактической Ncij). В связи с этим будет правомерно говорить о средних удельных се потерях Дт за межконтрольный период для фиксированного значения коэффициента вариации нагрузки VM, которые определяются по формуле:

•мк

/ ¿NeCO-dt

-' (7>

ще tMK — межконтрольная наработка трактора, э.га.

Из выражения (7) следует, что снижение мощности за единицу наработки будет зависить от законов изменения

В результате анализа литературных источников установлено, что изменение потерь мощности может происходить по ли-

нейному, квадратичному и экспоненциальному законам в зависимости от принятых допущений.

На основании проведенного теоретического исследования и принятых допущений формулу (5) для определения коэффициента

потерь мощности в зависимости от законов изменения мож-

но записать в следующем виде: для линейного закона

£пот

¿Усгр =Ухс-|мк+2Ь М(^„) 2М(Ые„)

(8)

для квадратичного закона

. _ Ухе' >мк :"от ~ ЗM(Nc„) :

(9)

для экспоненциального закона

Ухе • е'мк.

(10)

"от" М(Ыс„) • I,

где У,\с — скорость изменения (снижения) мощности для фиксированного коэффициента вариации нагрузки V»; Ь — коэффициент линейности.

Снижение производительности трактора будет функцией снижения эффективной мощности:

где С) = 0,36?/тГА,/ка ;

}]г — тяговый КПД трактора на рабочем режиме; т— степень использования времени работы трактора; Лм — коэффициент загрузки двигателя; ка — удельное сопротивление агрегата, кН/м; При определении времени скрытого простоя трактора, работающего с заниженной мощностью двигателя, необходимо также учитывать, что не на всем объеме тракторных работ потери мощности приводят к уменьшению производительности машинно-тракторного агрегата (МТА) и появлению скрытых простоев. Уменьшение производительности МТА произойдет сначала из-за незначительного снижения мощности двигателя только на энергоемких работах (пахота, культивация), требующих полного использования мощности. Дальнейшее снижение мощности приведет к увеличению количества операций, на которых мощность тракторного двигателя будет ниже требуемой. Поэтому для определения времени скрытого простоя трактора группируются работы с одинаковыми значениями коэффициента загрузки двигателя и находится их удельный вес в годовом объеме тракторных работ.

Л\У; =С1М(Ые„)-С11М(Ые„)- 1

сер1 '

(11)

С учетом вышеизложенного и формул (4) и (6) величину времени скрытого простоя трактора за время его работы Т вычислим по формуле:

где К] — удельный вес-работ с .¡-м коэффициентом использования мощности двигателя за год, га у.п.

При вычислении потерь средств от эксплуатации трактора с заниженной мощностью Сэо необходимо также учитывать следующие предположения. Во-первых, во время скрытого простоя трактор продолжает работать, и, как следствие этого, продолжают изнашиваться его узлы и механизмы. Причем из-за разрегулировок механизмов двигателя, чем и вызвано в основном снижение его мощности, происходит форсированный износ двигателя. Нарушение разрегулировок, значительная часть которых приходится на механизмы топливной системы двигателя, увеличивает и расход топлива.

Во-вторых, потери средств от недоиспользования труда механизатора См за время скрытого простоя МТА определяются с учетом суммы средств из общественных фондов, расходуемых на каждого механизатора и дополнительного дохода, который создает механизатор в течение года.

В-третьих, при определении величины потерь средств от недобора урожая Су вследствие увеличения продолжительности проведения полевых работ учитывается его дефицитность. В настоящее время это определяется ценами на реализацию продукции.

Затраты на диагностирование Сд и затраты Сир, связанные с проведением профилактических работ при восстановлении функциональных параметров двигателя определяются с учетом времени простоя трактора при обслуживании, затрат труда и заработной платы обслуживающего персонала, а также затраты на запасные части и материалы при проведении восстановительных работ.

Затраты средств, связанные с изменением расхода топлива Ст зависят от стоимости одного кг топлива и среднего значения изменения расхода топлива ДсТср, изменяющегося по трем основным законам (линейному, квадратичному, экспоненциальному) для фиксированного коэффициента вариации нагрузки IV

На основании вышеизложенного, затраты Ст для каждого закона изменения Аст(0 определяются по формулам: линейный закон

п

3=1

(12)

С-г — 1,8" Цт ' Ь • ■ Киср * 1мк ;

(13)

квадратичным закон

Ст — 1,2 • Цт- Ь "Кпср'^мк!

(14)

экспоненциальный закон

*

Ст =3,6* Цт'-р— • Кпср' с'мк

•мк

(15)

гае Ь — скорость изменения расхода топлива для фиксированного коэффициента вариации нагрузки г>м.

В итоге теоретического исследования целевая функция оптимизации допускаемых отклонений функциональных параметров двигателя и периодичности их диагностирования имеет следующий вид:

!п |0,(

Сул =пнп -I 0,01

2 ^ (Кпср 3=1

Сб.тр- (а' + а")

Тг

+

+ N. -я -ц -Дм+(Сз - Сп.д) -ипл • Кп • 5 + з Со)-5

+

, Соб2 ')2 , , _ , ,

Т /> ■ ,--г Ч] *Г2 '1Гф()ф Н ~- ^проф +Спр.т "1цроф -+■

р т 1 ¡=1 ' г. 02

+ Сл2 + С,м + 2 Т. Мд2 + МД2 + С„р.т Чд2 + Стр +

1=1

■01

/1

+ С'"-(';'+1"Р»ф) + 3)6. цт ^ . к V

'мк }

(16)

где Кизн — коэффициент, учитывающий повышенный износ при эксплуатации двигателя с пониженной мощностью (определяется по результатам ранее проведенных исследований);

У\с— скорость изменения эффективной мощности, кВт/эт.га;

/? — показатель степени;

Цт — цена 1 кг топлива, руб;

Кпср — средний коэффициент перевода мото-часов в эталонные гектары.

Анализ целевой функции- оптимизации допускаемых отклонс-

ний функциональных параметров и периодичности их диагностирования (15) показывает, что величина этих показателе!! во многом определяется законами изменения и Дзт(0, конструктивны-

ми особенностями тракторов, условиями их эксплуатации и величиной затрат на диагностику и профилактику.

С учетом вероятностного характера динамики потерь работоспособности двигателя математическая модель поиска допускаемых отклонений функциональных параметров трактора при его диагностировании в неустановившемся режиме для линейного закона изменения и ^GT(t) имеет вид:

СудО'мк) = min/Pj [ai + A2 qi'r2'tiip(xfr+-(>'2 i2 Ч„роф +

l L ¡=1 1 г-°2

+ С,р.т- !„роф +сл2 +Сзм +

, V , Соб1 "jl , I /". . _ Сло 't.1 .

+ 2j 4i *П - "'Д2 +С|,р.т* t;i2-+CTp + n S7 — +

¡=1 »r.ol U, 01 1мк

+ (P2-Pl)[A2+A2+2 q,T| -1,42+ ' jl -t;a+ Cnp.T -t;t2+ CTp+ L i=i 'roi

+ Crp +X 4i * r2 * Ьфоф"^" т 2 "1мроф+Спр.т* 1цроф+ Сд2 + Сзм + i=I -, 1г°2

++(?'2~ pi)A2"+...+(pn- Рп-О[А:+a;+

I Ht

+ Pi -Al, +

, v „ , . СобГЛ + 2/ n*ta2+-TÎ-

¡=1 r.ol

4 C)62-j

■t„2 +.C„p.T- 1Д2 + CTp ЧГг2'1проф+

i=l

2'J2 мп j-n i С зо-(1д+^роф)

- 1профт Спр.т 'проф i Ьд2+ Сзм т 0 87 ч'мк

i i m \ '

+(Pn-Pn-i)A2 );

PK(Nci<Nc)= F(Nei) = !/97Г / e dNe„ ;

ш -oo _ ,

_ , -(Ст-Ст„)У(20&т)

PK(GTi<GT)=F(Gri) = ^2F/oe

+

(17)

dGT

net мк — периодичность диагностирования;

Ai = 0,01

vn „ } 0,435 VNe- tMK+b , ,

f=,Kj( M» ™

К

пер

Сб.тр(Д + « )

+

+ N.. - ч -ц -Л, + (Сз -С,,д)-иа-,-к„+ + 3 Со)-5

1 г.м

А1 = А2=0,01

* > ; А'! = 1,57 * Цт Ь Кпер I мк ;

пер

Сб.гр(а+а )

Тг

+

+ 14, • д • Ц 'Л, + (Сз - С„.д) • иг1Л • К„ +

Со + (Ы -З-СоК»

д" к)13„-

А2= -^--

Тг.м

; А2 =1,57-ЦтЬ*К„ср2!'мк;

А„=0,01

^ ,0,435Угу'е-п-1мк+Ь | , ,

Сб.тр(а+а )

+ +(с3 -си.д)-и1и-к„:$ + Со + ^т3 Со)"&

1 г.м

а" УЙе'ОмкУ3 ."'_,„ Т1 . * „

Ап =-у7-н-' п ~ 1,57'Цт'Ь • Кпер' п-1 Мк .

Рассматривая изменение мощности и расхода топлива двигателей в эксплуатации, как случайную нормально-распределенную функцию времени (наработки трактора), оптимизацию периодичности контроля и допускаемых отклонений функциональных параметров проводим в следующей последовательности. Задаемся периодичностью диагностирования параметров (мк и вычисляем значения отклонений Л^гс(0, Лот0) для фиксированного коэффициента вариации нагрузки Ум. При первом диагностировании часть двигателей выйдет за эксплуатационный допуск с вероятностью Р^ мк).

После диагностирования осуществляют профилактику этих двигателей, направленную на восстановление функциональных параметров и проводят повторное диагностирование.

Вычисления проводят до тех пор, пока все двигатели не пройдут профилактику, т.е. до выхода всех двигателей за допуск по мощности и расходу топлива.

Изменяя периодичность контроля с определенным шагом по целевой функции (16), получаем множество рациональных вариантов, соответствующих минимуму суммарных удельных потерь' средств. Оптимальным вариантом будет только один, когда суммарные потери средств будут наименьшими из всех минимальных. Оптимальной периодичностью контроля параметров и оптимальны-

ми допускаемыми отклонениями на них будут такие, при которых имеем глобальный минимум суммарных удельных потерь средств на единицу выработки трактора.

В третьей главе "Методика экспериментальных исследований" изложены программа, общая и частная методики исследований.

С целью проверки теоретических положений предусматривались следующие этапы испытаний:

— сбор статистического материала по результатам тормозных испытаний на машинно-испытательных станциях с целью установления закономерностей изменения функциональных параметров двигателей от наработки;

— лабораторные испытания двигателя Д-240Л на тормозном стенде;

— лабораторные испытания двигателя Д-240Л с имитацией неустановившейся нагрузки через ВОМ трактора МТЗ-80Л ;

— лабораторно-полевые испытания трактора МТЗ-80Л при выполнении технологических операций (вспашке, культивации, транспорт).

Лабораторные испытания двигателя на тормозном стенде проводились с целью определения базовых значений функциональных параметров и установления влияния на них основных регулировок топливоподачи в установовишемся режиме. Лабораторные испытания двигателя с имитацией неустановившегося режима нагрузки выполнялись с целью определения значений отклонений функциональных параметров двигателя Д-240Л. Лабораторно-полевые испытания трактора МТЗ-80Л при выполнении технологических операций проводились для определения влияния степени загрузки и разрегулировок топливоподачи на функциональные параметры двигателя.

Для регистрации исследуемых параметров трактора использовалась информационно-измерительная система. Основным средством регистрации показателей работы двигателя была принята синхронная запись сигналов на магнитный диск ПЭВМ через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и ленту осциллографа.

Результаты измерения обрабатывались по известным и специально разработанным методикам с использованием ПЭВМ.

В четвертой главе "Результаты исследований и их анализ" представлены расчетные и экспериментальные данные.

Для определения допускаемых отклонений функциональных параметров двигателя Д-240Л использовались результаты лабораторных и полевых испытаний трактора МТЗ-80Л, а также результаты тормозных испытаний Центральной, Северо-Западной и Западной МИС. В результате статистической обработки получены зависимости математических ожиданий параметров регуляторной характеристики в функции наработки (табл. 1).

Таблица 1

Зависимости математических ожиданий параметров регулягорной характеристики двигателя Д-240Л от наработки Т . мото-ч

Расчетные уравнения Коэффициенты вариации при усреднении. %

Математические ожидания Начало этапа Конец этапа

N011 = 58,08—1,47МО-3 (т' — 911п), кВт 0,5 0.9

п„ = = 2198—25,20 • 10—3 (т' — 911 п), мин~~1 ' 0,2 1,0

пх = = 2325+4,39" 10_3(т' —9Пп), мин-1 0,7 0.2 \

К = 1,17 + 0,02 ' 10 3 (т' — 911п) 0,4 1.3 |

йтх = 4,21 +0.072-10-3(т'— 911 п), кг/ч 0,4 1,7

Сто = 11,95 + 0,036 Ч 0~3 (т' — 911 п), кг/ч 1 2,1 0,9

Стн = 14,51 + 0,198 "10 3 (т' — 911п), кг/ч 0,7 1,0

П р и м е ч а н и с. п — 0, 1 и 2, что соответствует I, II и Ш этапам испытании.

Зависимости эксплуатационных значений функциональных параметров от наработки и коэффициента вариации внешней нагрузки приведены в табл. 2.

Та бл и ца2

Математические ожидания функциональных параметров двигателя Д-240Л

1 Расчетные выражения

Для эффективной мощности

, ч м(Ке) = (59.60 — 98,691^ —47,011'м)+12,061^+1.88— 2.18ГМ)' т\ кВт;

м(Ст)~ = (154,81'м~ Для расхода топлива - 69,8Кч+30,2) —(0,071$—0,031'м+0,03)т\ кг/ч;

Статистическая и экспериментальная оценки подтвердили, что изменение и происходит по линейному закону.

Зависимости математических ожиданий функциональных параметров двигателя Д-240Л от закона распределения тестового воздействия приведены на рис. 2.

Результаты свидетельствуют о существенном влиянии закона распределения тестового воздействия на функциональные парамст-

ры двигателя, что необходимо учитывать при определении допускаемых отклонений на его диагностические параметры.

к ВТ 50

40 30

Зависимости математических ожиданий функциональных параметров двигателя Д-240Л от закона распределения тестового воздействия

От кг/ч

! ! 1 3_

14 12

10

1 г I-

5

0,11

0,22

Ун

0,11

0,22

Рис. 2 1 — закон Гаусса; 2 — сумма законов Гаусса и арксинуса; ' 3 — закон арксинуса .

Получены значения поправочных коэффициентов для определения допускаемых отклонений диагностических параметров в зависимости от закона распределения входного воздействия (табл. 3).

Таблица 3

Значения поправочных коэффициентов для определения допускаемых отклонений эффективной мощности и расхода топлива двигателей %

Коэффициент Значения коэффициента при

0,11 0,22 I 0,33

Для эффективной мощности

0,353 0,358 0,351

кГ~*С1 0,438 0,395 0,373

0,522 0,595 0,640

кс2-*л 0,422 0,540 0,602

Для расхода топлива

кГ-*Л 0,417 0,417 0,418

кГ~»С1 0.421 0,420 0,421

кС2-»С1 0,983 0,983 0,983

кС2~»Л 0,973 0,976 0,977

По экспериментальным данным получены зависимости изменения математических ожиданий М(МС) и М(СТ) от степени загрузки

\л

и разрегулировок топливоподачи двигателя.

С учетом нормативно-технических документов и проведенных исследований определены количественные характеристики исходных данных для тракторов типа МТЗ-80Л (табл. 4).

Таблица 4

Математические ожидания функциональных параметров двигателя Д-240Л

/ Сэо. £УО- ч Кпср, ч Т, лт. га Умс-!0 3, кВт эт. га Кизн Р Спр, руб. 1ч. ч •проф. ч Ит, РУ'">-кг

от. га ГОЛ эт. га

1.90 1.43 945 1,47 0,14 2 О.Ю 1.5 3.5 0,08

Для фиксированных значений коэффициента вариации внешней нагрузки с применением ЭВМ найдены количественные характеристики удельных затрат, аппроксимированных по формуле Лаг-ран жа (табл. 5).

Таблица 5

Аппроксимированные пмражеиия удельных затратна единицу наработки трактора МТЗ-80 Суд в зависимости от межкоптрольной наработки 1чк

1'м Аппроксимированные иыражения , |

0.1 1 1 , Суд = —2.11-10 51мк2 + 1.9-10 2 1мк ~3.7

0,167 Суд = - 2,91' IО-5 ,мк2 +2,6-10-21мк —4.8

0,22 Суд = -3,12-Ю-5Ык2+3,1- 10 21мк 5,9 |

Для средневзвешенного коэффициента загрузки и нормативного коэффициента вариации внешней нагрузки оптимальная периодичность диагностирования составляет 480 мото-ч. Допускаемое отклонение диагностических параметров для экстремальной частоты нагружения 0,7 Гц равны: Д\с=0,7Шсш кВт;

Лст=0,05Ст„, кг/ч.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Усовершенствована методика определения оптимальных допускаемых отклонений функциональных параметров и периодичности их диагностирования в режиме неустановившейся нагрузки в части учета уровня загрузки, совместного действия вероятностного характера нагружения IIе технического состояния двигателей.

2. Разработана вероятностная модель, а на ее основе алгоритм и программа определения допускаемых отклонений эксплуатаци-

. онных значений функциональных параметров тракторов (на примере трактора МТЗ-80) для условий совместного воздействия вероятностного характера нагрузки и изменения технического состояния двигателя, позволяющая учитывать удельные эксплуатационные затраты при отклонении математических ожиданий эффективной мощности и расхода топлива от значений по типовым характеристикам.

3. Получены зависимости и разработана программа для определения математических ожиданий функциональных параметров тракторов для входного воздействия в виде суммы законов Гаусса и арксинуса, а также для изменения входного воздействия в виде га-уссовского или гармонического с постоянной составляющей процессов.

Отклонения математических ожиданий функциональных параметров тракторов от значений по типовым характеристикам зависят от закона распределения и коэффициента вариации входного воздействия. Так, отклонения эффективной мощности при коэффициенте вариации 1'м= 0,22 изменяются от 9,6 % при гауссовском входном воздействии до 26,8 % — при гармоническом, с постоянной составляющей, процессе.

4. Установлены зависимости изменения математических ожиданий параметров регуляторной характеристики от срока эксплуатации трактора. Коэффициент вариации при усреднении не превышает 2,1 %.

5. Расчстно-гэкспсриментальным путем получены зависимости математических ожиданий функциональных параметров двигателя Д-240Л от срока службы, которые соответствуют линейному закону.

6. Получены количественные значения допускаемых отклонений диагностических параметров, учитывающих изменения их математических ожиданий и динамических характеристик трактора при выполнении технологических операций в составе агрегата.

Так, для двигателя Д-240Л трактора МТЗ-80 допускаемые отклонения диагностических параметров для экстремальной частоты

нагружения f =0,7 Гц равны:

ДЧе=0,7Ше„, кВт; Дзт =0,050™, кг/ч.

7. Оптимизирована периодичность технического диагностирования двигателя Д-240Л, которая составила 480 мото-ч. -

Экономический эффект от внедрения разработанной методики определения оптимальных допускаемых отклонений функциональных параметров и периодичности их диагностирования складывается вследствие повышения производительности и наработки трактора за межконтрольный период, оптимизации затрат на топливо, диагностирование и техническое обслуживание. Расчетный экономический эффект для агрегатов с трактором МТЗ-80 составляет около 102 руб. на один трактор в год (в ценах 1991 года).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Савельев А.П., Игайкина И.И. Оптимизация эксплуатационных допусков на функциональные параметры двигателя при диагностировании тракторов с неустановившейся нагрузкой// Тез. докл. науч.-тех. конф. "Эффективность использования машиностроительного оборудования". Саранск, 1991. С. 57 — 59.

2. Игайкина И.И. Определение потерь, связанных с эксплуатацией трактора с заниженной мощностью// Тез. докл. науч. конф. "XXI Огаревские чтения". Саранск, 1993. С. 79 — 80.

3. Добряев В.Т., Миньков H.A., Игайкина И.И. Влияние достоверности контроля на эффективность использования МТА// Тез. докл. науч. конф. " XXII Огаревские чтения ". Саранск, 1994.

С. 210 —211.

4. Игайкина И.И. Определение общих удельных затрат средств, связанных с эксплуатацией трактора с заниженной мощностью// Техническое обеспечение перспективных технологий: Сб. науч. тр./ Мордов. ун-т, Саранск, 1995. С. 100 — 103.

5. Игайкина И.И. Обоснование влияния снижения мощности двигателей на эксплуатационные показатели тракторов// Тез. докл. науч. конф. " XXIV Огаревские чтения В 3 ч. Ч. 3. Саранск, 1995. С. 58 — 59.