автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности диагностирования цилиндропоршневой группы автомобильных двигателей путем совершенствования методов и средств распознавания ее состояний

4ооими"

На правах рукописи

Пичугин Александр Игоревич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ РАСПОЗНАВАНИЯ ЕЕ СОСТОЯНИЙ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2011

1 6 ИЮН 2011

4850066

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный руководитель: кандидат технических наук,

профессор

Шлапак Владимир Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Межецкий Геннадий Дмитриевич

доктор технических наук, доцент Гребенников Александр Сергеевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита диссертации состоится 1 июля 2011 г. В 12:00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 410600, г. Саратов, Театральная пл., 1 ученому секретарю диссертационного совета

Автореферат диссертации разослан 31 мая 2011 г. и размещен на сайте: www.sgau.ru.

Ученый секретарь л П

диссертационного совета ¿А Ло^^-л Н.П. Волосевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Распространенные методы диагностирования цилиндропоршневой группы (ЦПГ) автомобильных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) зачастую носят интегральный характер оценки технического состояния ЦПГ и не позволяют выявлять причину неисправности. Влияние состояния других технических систем на значение диагностических параметров ЦПГ вызывает ошибки диагностирования, в результате которых в капитальный ремонт попадают ДВС с недоиспользованным на 35 - 45 % ресурсом.

Вместе с тем технологии диагностирования с глубиной поиска дефекта до конкретной детали ЦПГ увеличивают их трудоемкость и стоимость, в то время как для восстановления ЦПГ при некоторых неисправных состояниях требуется ее разборка. В этом случае достоверная причина неисправности устанавливается при дефектации деталей, а использование трудоёмкой и дорогостоящей технологии диагностирования становится нецелесообразным.

В этой связи взамен распространенного подхода «чем больше глубина поиска дефекта, тем лучше» в работе предложен другой принцип: глубина поиска дефекта должна быть рациональной и исходить из возможности применения безразборных ремонтных технологий после получения результатов диагностирования. Эффективность этих технологий непрерывно растет с развитием производства наноматериалов, необходимых для их практического применения.

На основе этого принципа разработано правило, согласно которому глубина поиска дефектов ЦПГ должна ограничиваться уровнем распознавания двух групп неисправных состояний:

1) группа состояний, перевод из которых в исправное состояние возможен применением безразборных ремонтных технологий (БРТ);

2) группа состояний, перевод из которых в исправное состояние возможен только проведением ремонтных воздействий, требующих разборки (РЗБ).

Заявленное правило реализует рациональную глубину поиска дефекта при заданной достоверности и минимальной продолжи-

тельности диагностирования, что в современных условиях является весьма актуальной задачей

Цель работы. Снижение простоев автомобильного транспорта при проведении ремонтно-обслуживающих воздействий путем совершенствования методов и средств распознавания состояний цилиндропоршневой группы.

Объект исследований. Цилиндропоршневая группа деталей двигателей внутреннего сгорания автомобильной техники сельскохозяйственного назначения.

Методика исследований включает в себя анализ причин простоев автотранспортной техники в процессе технического обслуживания и ремонта (ТО и Р); теоретическое обоснование сокращения длительности простоев управлением ремонтно-обслуживающими воздействиями на основании результатов диагностирования; стендовые исследования с целью проверки адекватности математической модели предложенного диагностического параметра ЦПГ ДВС; эксплуатационные исследования по оценке информативности единичных диагностических параметров ЦПГ и их возможных комбинаций.

В ходе исследований были использованы современные технические средства диагностирования ЦПГ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• обоснован диагностический параметр, обладающий более высокой информативностью в сравнении с традиционно принятыми, и составлена математическая модель его изменения в зависимости от технического состояния ЦПГ ДВС;

• предложен принцип многоуровневой дихотомии при диагностировании технических систем;

• разработана методика определения доминирующей комбинации диагностических параметров для технических систем.

Практическая ценность:

• составлен алгоритм заявочного диагностирования ДВС автомобилей, эксплуатируемых по состоянию, применение которого позволит сократить время простоя при неисправностях ДВС автомобилей на 25,9 %, получить годовой экономический эффект на ремонт одного двигателя в размере 22 858,94 руб.;

• разработан алгоритм предремонтного диагностирования ДВС автомобилей для малых предприятий технического сервиса,

использование которого позволит снизить продолжительность ремонта ДВС на 10,2 - 37,6 %, увеличить годовую производственную программу на 18,0 %, получить годовой экономический эффект на один ремонтируемый двигатель в размере 4735,45 руб.

Реализация результатов исследований. Материалы диссертации могут быть использованы в хозяйствах АПК, автотранспортных предприятиях Министерства сельского хозяйства и других ведомств, эксплуатирующих парк автомобилей, а также на малых предприятиях технического сервиса.

Внедрение разработок:

• технология заявочного диагностирования ДВС автомобилей внедрена на ООО «Ягоднополянское» (с. Ягодная поляна Тати-щевского района Саратовской области);

• технология предремонтного диагностирования ДВС автомобилей внедрена на ООО «Сервисавторемонт» г. Саратова.

Основные положения, выносимые на защиту:

• математическая модель изменения количества выходящего из картера выключенного ДВС сжатого воздуха в зависимости от технического состояния ЦПГ;

• теоретическое обоснование многоуровневой дихотомии при выборе и использовании доминирующей комбинации диагностических параметров;

• результаты стендовых исследований, подтверждающих адекватность математической модели;

• доминирующая комбинация диагностических параметров, сформированная в результате эксплуатационных исследований и позволяющая распознавать две группы неисправных состояний с заданной достоверностью в рамках многоуровневой дихотомии.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены на XIX, XX, XXII и XXIII ежегодных межгосударственных постоянно действующих научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, 2006, 2007, 2009, 2010 гг.), научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» в 2008 - 2010 гг., Международной научно-практической конференции, посвященной столетию

со дня рождения профессора Д.Г. Вадивасова (Саратов, 2009 г.), II Международной научно-производственной конференции «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса» (Пенза, 2009 г.), VI салоне изобретений, инноваций и инвестиций Саратовской области (Саратов, 2011 г.).

Публикации. Всего по результатам исследований опубликовано 14 работ общим объемом 4,82 печ. л., из которых 2,1печ. л., принадлежит автору. Две печатные работы в ведущих рецензируемых научных изданиях, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук. Получен патент РФ на полезную модель № 95829 от 10.07.2010 г.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 178 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, содержит 55 рисунков, 32 таблицы и приложения. Список использованной литературы включает в себя 137 наименований, в том числе 2 - на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во «Введении» обоснована актуальность темы и изложены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» проведен анализ причин, вызывающих простои автомобилей сельскохозяйственного назначения марок ГАЗ, ЗИЛ, УАЗ, МАЗ и КамАЗ при ТО и Р, который показал, что большая доля простоев приходится на ремонт ДВС при отказах ЦПГ.

Анализ научно-исследовательских материалов показывает, что одним из перспективных путей снижения длительности простоев в рамках системы ТО и Р является использование стратегии эксплуатации машин по техническому состоянию. Сущность данной стратегии состоит в периодическом диагностировании технических систем и управлении комплексом ТО и Р на основании полученных диагнозов.

В настоящее время к системе эксплуатации машин по техническому состоянию перешли и в состоянии перейти высокорентабельные и рентабельные хозяйства АПК. Но около 60 % сельских товаропроизводителей РФ находятся на низкорентабельном и убыточном уровнях развития. Данная группа хозяйств сложные виды ре-

монтно-обслуживающих воздействий ДВС проводит на малых сервисных предприятиях. Добиться снижения простоев техники в условиях этих предприятий возможно путём использования эффективного предремонтного диагностирования, которое позволит рационально назначать и распределять ремонтно-обслуживающие воздействия по рабочим местам, что сократит продолжительность ремонта и приведёт к увеличению производственной программы без изменения количества рабочих мест и оборудования.

Эффективность управления ремонтно-обслуживающими воздействиями как при эксплуатации по техническому состоянию, так и в условиях сервисного предприятия, использующего предремонтное диагностирование, является функцией достоверности, глубины поиска дефекта и трудоемкости диагностирования. Исследованиями И.А. Биргера, А.Ю. Бойкова, Д.В. Гаскарова, A.JI. Горелика, И.Б. Гуревича, Ю.А. Гурьянова, И.Г. Дынга, Ю.И. Журавлева, Г.С. Игнатьева, Б.Р. Левина, P.A. Макарова, В.М. Михлина,

A.B. Мозгалевского, В.В. Никифорова, Н.С. Пасечникова,

B.Г. Рацбаума, В.Г. Рякова, К.А. Сазонова, В.А. Скрипкина, A.B. Соколова, И.П. Терских, A.M. Харазова, С.Ф. Цвида, H.H. Ченцова, В.А. Чечета, В.В. Шварца и других ученых установлено, что при диагностировании технических систем использование какого-либо одного параметра не всегда дает удовлетворительные результаты, а иногда приводит к совершенно неправильному диагнозу. Поэтому для повышения достоверности и глубины поиска целесообразно использовать их комбинации, что подтверждается результатами проведенного в настоящей работе анализа недостатков существующих диагностических параметров ЦПГ.

Большая часть упомянутых специалистов рекомендуют использовать в качестве теоретической основы определения доминирующей комбинации диагностических параметров статистические методы распознавания. Преимущество методов заключается в возможности проводить сравнительную оценку параметров различных по физической природе, так как данные методы характеризуют ДП с точки зрения вероятностей их проявления при разнообразных состояниях системы, то есть посредством безразмерных величин. Одним из них является метод, основанный на теореме Байеса, использование которого подразумевает обследование по всем параметрам

комбинации, что приводит к высокой трудоемкости диагностирования. Кроме того, ему присуще угнетение статистически редких диагнозов, что может привести к диагностической ошибке второго рода - пропуску дефекта Метод последовательного анализа Валъда основан на дихотомии - делении состояния системы на две группы и позволяет обоснованно корректировать число используемых при диагностировании параметров комбинации.

Анализ рассмотренных в работе процессов изнашивания и разрушения деталей ЦПГ на основании исследований, проведенных Ф.Н. Авдонькиным, Г.С. Головиным, Б.Я. Гинцбургом, A.C. Денисовым, М.Н. Добычиным, B.C. Комбаловым, Б.И. Костецким, И.В. Крагельским, М.М. Тененбаумом и другими учеными, позволил выявить гораздо большее число сложных технических состояний ЦПГ:

S\ - нагар на зеркале цилиндра и закоксовка компрессионных поршневых колец с заклиниванием в канавках поршня вследствие попадания в цилиндр смазочного материала в результате износа маслосъемных и компрессионных поршневых колец;

5"н - нагар на зеркале цилиндра и закоксовка компрессионных ПК вследствие попадания в цилиндр смазочного материала в результате износа маслосъемных и компрессионных поршневых колец и потери их упругости;

5Ш - износ основных сопряжений ЦПГ, превышающий предельные значения;

Siv - разрушение компрессионных поршневых колец вследствие их износа и потери упругости;

Sv - износ компрессионных поршневых колец;

Svi - нагар на зеркале цилиндра и закоксовка компрессионных поршневых колец из-за попадания в цилиндр смазочного материала в результате износа маслосъемных поршневых колец и потери их упругости;

Svii - нагар на зеркале цилиндра и закоксовка компрессионных поршневых колец вследствие неправильной регулировки топливной аппаратуры, использования некачественного топлива или попадания в цилиндр спиртосодержащей охлаждающей жидкости в результате нарушения герметичности прокладки головки блока цилиндров в зоне цилиндра или коробления привалочных поверхностей головки и (или) блока цилиндров;

Sviii - разрушение компрессионных поршневых колец из-за работы ЦПГ в условиях сухого трения в результате износа основных сопряжений ЦПГ, превышающего предельные значения;

Six - нагар на зеркале цилиндра и закоксовка поршневых колец вследствие попадания в цилиндр смазочного материала в результате нарушения герметичности маслосъемных колпачков клапанов газораспределительного механизма или негерметичности уплотнений турбокомпрессора;

Sx - разрушение днища поршня;

iSxi - задиры на зеркале цилиндра из-за работы ЦПГ в условиях сухого трения в результате износа основных сопряжений ЦПГ, превышающего предельные значения;

5x11 - исправное состояние ЦПГ.

Очевидно, что для распознавания выявленных состояний требуются как единичные диагностические параметры, так и их комбинации. Исходя из того, что диагностический процесс носит многоэтапный характер, задачей I этапа практически всегда является распознавание одного из состояний: исправного или неисправного. Особенно важно распознавание исправного состояния, так как при этом продолжительность и трудоёмкость диагностирования становятся минимальными. Проведенный анализ показал, что используемые в настоящее время параметры обладают недостаточной информативностью распознавания этого состояния, а конкретная методика обоснования и использования их комбинаций отсутствует.

Таким образом, в соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:

• обосновать диагностический параметр, обладающий высокой информативностью распознавания исправного состояния и разработать математическую модель его изменения в зависимости от технического состояния ЦПГ;

• разработать методику обоснования и использования комбинации диагностических параметров с высокой информативностью распознавания двух групп неисправных состояний, перевод из которых в исправное возможен применением безразборных ремонтных технологий или проведением ремонтных воздействий, требующих разборки;

• провести стендовые и эксплуатационные исследования с целью проверки адекватности разработанной математической модели и информативности диагностических параметров доминирующей комбинации;

• оценить предложенные разработки по технико-экономическим критериям.

Во второй главе «Теоретические предпосылки повышения эффективности диагностирования цилиндропоршневой группы автомобилей сельскохозяйственного назначения» обоснован выбор нового диагностического параметра и разработана математическая модель его изменения в зависимости от технического состояния ЦПГ. Также дано научное обоснование альтернативного метода распознавания, положенного в основу методики выбора доминирующей комбинации диагностических параметров.

Анализ недостатков существующих диагностических параметров ЦПГ показал, что их низкая информативность распознавания исправного состояния обусловлена взаимным влиянием различных систем ДВС на значения диагностических параметров ЦПГ. Поэтому наилучшим решением данной задачи будет использование такого параметра выключенного ДВС, при котором все его системы отключены и не «зашумливают» значения выбранного диагностического параметра ЦПГ. С этой целью нами предложен новый диагностический параметр (рис.1) ЦПГ - расход газа из картера отключенного ДВС при подаче сжатого воздуха в цилиндр с зафиксированным в верхней мертвой точке поршнем (РГФП).

ммспмо теста'

\

ИШДУХ от КОМПРЕССОРА

А.

РАСХОДОМЕР ГАЗОН

ПЫХОЛПОЧЛУХА. НАМШИЩШ ПК я В КАРТЕРЕ

Рис. 1. Схема измерения РГФП

Для измерения параметра останавливают двигатель, снимают свечи или форсунки, поршень проверяемого цилиндра устанавливают в положение верхней мертвой точки и фиксируют коленчатый вал. В форсуночное или свечное отверстие устанавливают адаптер, подключенный к источнику сжатого воздуха. При этом устанавливается минимально необходимая величина давления -0,6 МПа, позволяющая продуть ЦПГ от остатков смазочной среды во избежание погрешности измерения. В случае негерметичности сопряжений ЦПГ воздух, подаваемый в полость цилиндра, будет прорываться в предварительно герметизированный картер и, заполнив свободный объем, начнет выходить через маслоза-ливное отверстие, куда герметично устанавливается газовый расходомер. По величине расхода газов при фиксированном поршне судят о неисправности поршневых колец либо износе цилиндра. Негерметичность клапанов газораспределения или головки блока цилиндров определяют органолептически, по выходу воздуха из систем подачи воздуха в ДВС, отвода отработавших газов и охлаждения двигателя. При этом исключается влияние негерметичности клапанов газораспределения и головки блока на возникновение ошибок, так как при измерении РГФП учитывается только количество воздуха, проникшего в картер через неплотности сопряжений ЦПГ.

Учитывая требование к герметичности надпоршневого пространства, можно предположить, что при исправном состоянии ЦПГ количество воздуха, прорывающегося в картер, будет ниже порога чувствительности расходомера. При наличии износа и (или) других дефектов в ЦПГ ситуация станет качественно иной. Следовательно, параметр будет проявляться только при наличии неисправного состояния ЦПГ, что обеспечит его высокую информативность. Выявленный параметр универсален при его использовании как для ДВС в составе машины, так и для демонтированных двигателей, которые зачастую отправляют в ремонт на малые сервисные предприятия с целью экономии транспортных расходов по сравнению с транспортировкой автомобиля в сборе.

Для реализации данного ДП необходимо математическое моделирование его значений в зависимости от изменения состояния ЦПГ с учетом износа элементов данной группы деталей. Известна

математическая модель расхода сжатого воздуха через неплотности ЦПГ, предложенная Ю.А. Гурьяновым для пневмокалибрато-ра типа К-69. Зависимость используется для исправного или неисправного состояний ЦПГ:

= I в 105 + +

' ■1 4 ц к , А „' Я Т ё " -

"ШГ4

2 к Р . р к + 1

И Г

2 к + 1 "1

( г. Л г ( рп Л 1

2 к р „ р -

1 Р. ) 1 Р. )

к - 1

О)

где 2 2 - РГФП, кг/с; 0 - удельный расход воздуха через единицу площади просвета между зеркалом цилиндра и кольцом, кг/м2с; /о - длина просвета по фронту, м; 5 - высота просвета по фронту, м; V, - номинальный объем зазора между поверхностями, м3; Р -давление воздуха, Па; т| - динамическая вязкость воздуха, Па*с; к\ - константа Кармана; Аа - номинальная площадь поверхности кольца, м2; - газовая постоянная, Дж /кг °К; Т - температура воздуха, °К; г - радиус кольца, м; ц - коэффициент расхода газов; F- площадь зазора в замке поршневого кольца, м2; к = 1,41 - показатель адиабаты; р - плотность воздуха, кг/м3; тип- индексы большего и меньшего значенияР яг;

При этом ц рассчитывается по формуле И.Е. Идельчика:

__1_

I , (—;—гу (2)

где - коэффициент, учитывающий влияние формы входной кромки канала; а - количество ячеек в лабиринте; di.fi - коэффициенты, зависящие от отношения длины канала до лабиринта к его ширине; X - линейный коэффициент сопротивления трения по

11

длине канала; / - длина канала (в случае ЦПГ - высота перемычки между нижним и предшествующим ему компрессионным поршневым кольцом, Н), м; 8' - ширина канала (для ЦПГ сумма 2Ш - зазора между наружной поверхностью поршня и зеркала цилиндра и износа гильзы цилиндра 1Ц), м.

В известной модели РГФП является суммой трех составляющих. Первая составляющая характеризует утечки через просветы в сопряжении компрессионных ПК и зеркала цилиндра. Б.Я. Гинцбург в своих более поздних исследованиях о приспособляемости ПК установил, что в исправном состоянии ЦПГ данная составляющая полностью отсутствует. Также ввиду использования нами значительно большего рабочего давления в 0,6 МПа по сравнению с пневмокалибратором (до 0,3 МПа) при неисправном состоянии ЦПГ будет происходить прижим рабочего торца ПК к зеркалу цилиндра, вследствие чего первая составляющая известной модели будет незначительной. Вторая составляю щ а я характеризует утечки через сопряжение компрессионного ПК и поршня. При рабочем давлении 0,6 МПа будет происходить прижим компрессионного ПК к нижнему торцу канавки поршня в любом состоянии ЦПГ, ввиду чего данная составляющая также будет незначительной. Автором настоящей работы с помощью теоретических исследований установлено, что первая и вторая составляющие математической модели Ю.А. Гурьянова для дизелей в среднем составляет 0,01 % от РГФП, для ДВС с искровым воспламенением - 0,23 %. В связи с этим их целесообразно заменить коэффициентом (Кх).

Третья составляющая характеризует утечки газов через лабиринтные уплотнения, каковыми являются совокупность замков ПК и канавок поршня. Так как слагаемые третьей составляющей, кроме ц, ^ и Р„ известны, то для упрощения расчетов при использовании модели на практике в настоящей работе вводится параметр Ккоторый для исправного состояния равен 0,604-103 кг/см2, для неисправного-2,310'103 кг/см2.

Очевидно, что в процессе изнашивания ЦПГ толщина ПК а уменьшается в зависимости от величины износа /&,. Зазор в замке будет увеличиваться от номинального гном пропорционально изменению длины окружности цилиндра в результате изнашивания его рабочей поверхности /ц до гнт,+1ц. Поэтому

Р = (аКОч ~ Да) (гяом + 2 и /„).

(3)

Так как рынок технических средств диагностирования в настоящее время насыщен средствами различных производителей, необходимо при расчетах РГФП учитывать погрешность используемых средств (.Ки).

С учётом проведённых выше преобразований получена математическая модель предложенного ДП:

в =

КшКаКх(ат-1ьХгт м+6,28/ц)

1 + д +а

(4)

при этом Рт = 0,6 МПа.

РГФП при расчетах рассматривается только на нижнем кольцевом уплотнении, так как оно оказывает преобладающее дросселирующее воздействие.

Проведённый анализ конструкции ЦПГ позволил установить, что для ДВС с тремя компрессионными ПК а = 16, для ДВС с двумя компрессионными ПК а = 12.

Очевидно, что модель (4) предложенного ДП учитывает изменение его значений в зависимости от износа поршневых колец по толщине и высоте, рабочей поверхности цилиндра, износа поршневых канавок компрессионных колец по высоте (выражается величинами <1\, /ь А, и Я), а также в зависимости от увеличения зазора в стыках колец. Все перечисленные параметры являются основными показателями технического состояния ЦПГ. Данный факт повышает значимость гипотезы о высокой информативности распознавании исправного состояния предложенным параметром, на основе которого можно сформировать доминирующую комбинацию ДП для ЦПГ.

Ввиду выявленных недостатков существующих методов статистического распознавания, а также отсутствия их реализации в виде конкретной методики обоснования доминирующей комбинации ДП возникла необходимость разработки альтернативного метода распознавания. Предлагаемый метод основан на принципе двухуровневой дихотомии, включающей дихотомию общего тех-

нического состояния с последующей дихотомией неисправного состояния в случае его достоверного распознавания.

Дихотомия неисправного состояния - это деление достоверно установленного неисправного состояния на две группы дефектных состояний: требующих и не требующих разборки технической системы для ее перевода в исправное состояние. Перевод последней группы осуществляется посредством БРТ.

Первым по рангу следует назначить ДП, обладающий наиболее высокой информативностью дихотомии общего технического состояния. Анализ известных статистических методов распознавания позволяет сделать вывод о том, что значения апостериорных вероятностей состояний объекта, вычисленных по теореме Байеса, представляют собой наиболее полную и объективную характеристику информативности ДП и их комбинаций, так как именно они отражают внешнюю реакцию объекта на внутренние его изменения. Очевидно, что первым по рангу из множества ДП следует выбрать тот, апостериорная вероятность выявления состояния которым в случае его проявления (превышения допустимого значения) или не проявления, превышает доверительный уровень распознавания, равный 0,9:

Д5;нис/Д;)>0,9 иди Р(5ИС/5;)>0,9 , (5)

где 5(нис и ^и,. - соответственно /-е неисправное и исправное состояние; и £). - проявление и не проявление .¡-го ДП.

Далее доминирующая комбинация выбирается из всех возможных комбинаций, содержащих данный параметр, при условии соответствия требованиям, предъявленным к доверительному значению информативности дихотомии 2-го уровня:

£ />(Л'г,в/О'!) >0,9 при Р(Б„С/О^) + 5 Щерг/£>\/)2(),1

1=1 1=1

или , (6)

Х ЩБРТ/0'У)>0,9 при + Х ЩрзБ/Д\/)<0,1

где ¿"/рзб и 5,брт - соответственно г-е неисправное состояние, требующее (РЗБ) и не требующее (БРТ) разборки ДВС для перевода его в исправное состояние; И V- реакция ./-й комбинации ДП на

состояние ЦПГ (проявление всех ДП комбинации, непроявление всех ДП комбинации и проявление только части ДП в комбинации); N и М- соответственно общее количество состояний 5рзБ и £брт.

Если при выборе доминирующей комбинации и ранжировании ее ДП по порядку обследования можно не учитывать диагностические ошибки 1 и 2-го рода, то при ее использовании они неизбежны. Поэтому в настоящем исследовании для их исключения разработан метод последовательного анализа (рис. 2).

/ НЕИСПРАВНОЕ СОСТОЯНИЕ

Максимальное значениеDir пои котором P(Smc/DîI >0

ЗОНА ЛОЖНОЙ ТРЕВОГИ

ДОПУСТИМОЕ ЗНАЧЕНИЕ Dj

ЗОНА ПРОПУСКА ДЕФЕКТА

Минимальное значение Dk при котором WfS/m»c/Oj) > 0

ИСПРАВНОЕ СОСТОЯНИЕ

Рис. 2. Последовательный анализ в предлагаемом методе статистического распознавания для диагностического параметра, возрастающего с ухудшением состояния технической системы

Данный метод отличается от метода Вальда и заключается в разбиении зоны неопределенности решений на зоны ошибок, позволяющем уточнять вид возможной ошибки. В качестве границ между зонами ошибок и состояний принимаются значения ДП, при которых данные ошибки возникали. Эти значения определяются по статистической информации, собираемой для решения теоремы Байеса. В качестве границ между зонами ошибок принимается допустимое значение диагностического параметра, так как оно характеризует ошибку при проявлении ДП (ложную тревогу) и его не проявлении (пропуск дефекта).

Таким образом, принцип двухуровневой дихотомии позволяет обосновать доминирующую комбинацию ДП и ранжировать ее параметры по порядку обследования. Доработанный метод последовательного анализа обусловливает необходимость обследования ЦПГ по следующему в ранге ДП после обследования по предыдущему параметру, то есть позволяет корректировать трудоемкость диагностирования, вплоть до ее минимизации.

Адекватность предложенной модели (4) оценивали по результатам стендовых испытаний, адекватность разработанного статистического метода распознавания - по результатам эксплуатационных исследований.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» приведены общие и частные методики экспериментов.

Стендовые исследования автотракторного дизеля ММЗ Д-245 проводили в соответствии с методикой ускоренных испытаний по ГОСТ 18509 - 88. Для поддержания заданных режимов использовался обкаточно-тормозной стенд КИ-5543 ГОСНИТИ. В качестве абразива, добавляемого в цилиндры и картерное масло, применяли кварцевую пыль с удельной поверхностью 0,56 м2/г. До испытаний проводили микрометраж и нумерацию устанавливаемых деталей ЦПГ. В процессе испытаний осуществляли периодические замеры РГФП индикатором КИ-13671 ГОСНИТИ. По окончании испытаний дизель разбирали, после чего проводили повторный микрометраж деталей ЦПГ, на основании которого по модели (4) рассчитывали теоретические значения РГФП.

Эксплуатационные исследования осуществлялись с целью оценки информативности диагностических параметров ЦПГ и их комбинаций по теореме Байеса. При этом сравнительную оценку проходили распространенные пневматические и органолептиче-ские диагностические параметры ЦПГ, так как эти группы параметров наиболее востребованы в АПК РФ и автомобильном транспорте, в частности:

А - давление в конце такта сжатия (компрессия);

А - значение полного вакуума;

£>з - значение остаточного вакуума;

А - падение давления сжатого воздуха, поданного в цилиндр;

А - расход картерных газов;

А - расход газа из картера выключенного ДВС при подаче сжатого воздуха в цилиндр с зафиксированным в верхней мертвой точке поршнем;

А - визуально распознаваемый синий цвет выхлопных газов;

А - ощутимые вибро-акустические отклонения;

А - наличие или отсутствие дефекта при осмотре эндоскопом.

Двигатели с внешними признаками неисправности ЦПГ были обследованы по всем указанным параметрам. После их разборки

устанавливалось фактическое состояние ЦПГ, соответствующее S„ (г = I, II, ... ,ХП).Количество объектов стендовых и эксплуатационных исследований обосновано в соответствии с требованиями к плану испытаний NUN.

В четвертой главе «Анализ результатов экспериментальных исследований» приведены основные результаты стендовых (рис. 3) и эксплуатационных исследований.

Qunr.кг/сю

■ - ФАКТИЧЕСКОЕ ШАЧЕННЕ;

|„ , ■ -РАСЧЕТНОЕ ЗНАЧЕНИЕ;

IКа- тнос 3-го кольца но толщине;

, 1-8 - НОМЕР ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ |ц-диаметральныи износ цилиндра (ЦИЛИНДРА)

Рис. 3. Зависимость РГФП (0ЦШ) от взносов деталей ЦПГ и проверка сходимости расчетных и опытных (с учетом поправочного коэффициента КИ-1367Т К=1,73) его значении, полученных по окончанию стендовых исследований

Из рис.3 видно, что в большинстве случаев теоретические и опытные значения РГФП имеют расхождения, не превышающие 10 %. Расхождение значений в объекте № 3 на 12,01 % было вызвано заклиниванием верхнего компрессионного ПК в канавке поршня. Этот факт свидетельствует о том, что предложенный ДП чувствителен не только к износам деталей ЦПГ, но и к другим её дефектам, что впоследствии подтвердилось в процессе эксплуатационных исследований.

По результатам эксплуатационных исследований проводилась оценка соблюдения условий дихотомии первого уровня (5), которая показала, что наибольшей информативностью распознавания общего технического состояния обладает предложенный в настоящей работе диагностический параметр - РГФП (рис. 4). Он был назначен первым по рангу.

P(Si/ Di) P(S¡/Di)

P(S¡/Dj)

D? D- Ds Dn 0 9 Ds

P(S¡ / Di) — АПОСТЕРИОРНАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ СОСТОЯНИЙ ; ШШ — HLllCllFABHOh COC I ОННИЕ ДШ ; ~~ — ИСПРАВНОЕ СОСТОЯНИЕ ЦПГ: □ j — ПРОЯВЛЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА;

— НЕ ПРОЯВЛЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА.

Рис. 4. Оценка информативности дихотомии 1-го уровня

Доминирующая комбинация выбиралась из всех возможных, включающих данный ДП, в соответствии с требованиями к дихо-

томии второго уровня. В результате была выбрана комбинация РГФП и эндоскопического осмотра цилиндра (рис. 5).

0.594

0,611_

Е1-299 1"

йй Р 3 Об Э 8

Р(&/0\)|

га 0,8 0.7 0,< 0.5 0,4

0,3 0,1 ЕВ -

о •

п

0.564

£ 0.130 Па

0«09

0,0} 0609 ОвОв

Р(Э, / — АПОСТЕРИОРНАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ СОСТОЯШШ;

В— ГРУППА НЕИСПРАВНЫХ СОСТОЯНИЙ ЦПТ, ПОДДАЮЩИХСЯ

БЕ1РА1КОРНТ>Ги РЕМОНТНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ ; ЕЕЗ — ГРУППА НЕИСПРАВНЫХ СОСТОЯНИЙ ЦПТ. ТРЕБУЮЩИХ

РАЗБОРКУ; ;-: — ИСПРАВНОЕ СОСТОЯНИЕ Т1ТТГ

Рис. 5. Оценка информативности дихотомии 2-го уровня

В процессе эксплуатационных исследований были обнаружены некоторые недостатки предложенного ДП:

• невозможность учета газов, истекающих из картера ДВС через возможные неплотности картерного пространства;

• высокая трудоемкость диагностирования У-образных ДВС автомобилей, вызванная большим объемом картера.

Поэтому разработано техническое средство диагностирования, позволяющее исключить выявленные недостатки за счет использования вспомогательных диагностических признаков и более точного способа измерения расхода газов в сравнении со способом реализованным индикатором КИ-13671 (патент РФ на полезную модель № 95829).

В соответствии с принципом «свободы выбора» была оценена степень информативности других комбинаций. Оценка показа-ла,что£ Р(5(ьрт/С3^) =0,81,прир(51С/ДА)=0,19и^^га./ад)=0.

Данная комбинация реализуется анализатором герметичности цилиндров АГЦ-2, и в случае повышения его информативности могут быть обеспечены идеальные условия двухуровневой дихотомии.

На основании доминирующей комбинации ДЛ, обоснованной в настоящей работе, были сформированы алгоритмы заявочного и предремонтного диагностирования ДВС.

В пятой главе «Технико-экономическая оценка результатов исследований и пути их внедрения» приведены расчеты влияния разработок на снижение простоев автотранспорта и экономической целесообразности их внедрения. Установлено, что при использовании выбранной комбинации ДП на основе повышения достоверности распознавания и управления составом ремонтно-обслуживающих воздействий простой автомобиля по причинам неисправностей двигателя снижается в среднем на 25,9 %, а годовой экономический эффект на ремонт одного двигателя составляет: для эксплуатирующего хозяйства -22 858,94 руб., для предприятия технического сервиса-4735,45 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснован новый диагностический параметр - расход газа из картера выключенного ДВС при подаче сжатого воздуха в цилиндр с зафиксированным в верхней мертвой точке поршнем, с

информативностью распознавания исправного состояния, достаточной для минимизации трудоемкости обследования ЦПГ Р(5ИС/Д) >0,9.Разработана математическая модель изменения

обоснованного параметра в зависимости от износов деталей ЦПГ.

2. Разработана методика обоснования и использования доминирующей комбинации диагностических параметров, в рамках которой осуществляется обследование ЦПГ по принципу двухуровневой дихотомии: 1-й уровень - деление на исправное и неисправное состояния; 2-й уровень - деление неисправных состояний на требующие разборки и поддающиеся устранению с помощью безразборных ремонтных технологий. Для снижения числа ошибок при использовании комбинации доработан метод последовательного анализа, отличающийся от традиционного тем, что зона неопределенности решений делится на зоны ошибок 1 и 2-го рода.

3. Результаты стендовых испытаний подтвердили, что математическая модель предложенного параметра обладает достаточной степенью адекватности - расховдение опытных и расчетных значений (Ущ^ не превышает 10%.

Итоги эксплуатационных исследований подтвердили эффективность разработанной методики выбора доминирующей комбинации диагностических параметров. Также была подтверждена высокая информативность предложенного параметра при определении дихотомии 1-го уровня: Д£ис / Д)=0,968 > 0,9. В процессе эксплуатационных исследований выявлены его недостатки, заключающиеся в высокой трудоемкости диагностирования и невозможности учета утечек газа через неплотности картерного пространства Разработано средство диагностирования, позволяющее исключить указанные недостатки путем использования вспомогательных диагностических признаков и более точного способа измерения расхода газов. Данное средство защищено патентом РФ. Для обеспечения дихотомии 2-ш уровня определена доминирующая комбинация обоснованного в настоящей работе диагностического параметра с эндоскопическим осмотром цилиндра:

ХЩ£Я/ЦЦ)=0,925>0.9, при Я^с/ АД) ;<0,1 .

4. Для выбранной комбинации диагностических параметров на основе принципа многоуровневой дихотомии разработаны технологии заявочного и предремонтного диагностирования, позволившие снизить

простой двигателя автомобиля в среднем на 25,9 %. Годовой экономический эффект на ремонт одного двигателя для хозяйства эксплуатирующего парк автомобилей составил 22 858,94 руб., для ремонтного предприятия - 4735,45 руб. (в ценах 2010 г.).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Пичугин, А. И. Управление надежностью машин, эксплуатируемых по техническому состоянию / А И. Пичугин, В. П. Шлапак, Е. В. Шлапак // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания : материалы 19 меж-гос. НТС / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2007. - С. 100-103 (0,21/0,07 печ. л.).

2. Пичугин, А. И. Особенности сбора статистической информации машин, эксплуатируемых по техническому состоянию / А. И. Пичугин, В. П. Шлапак // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания : материалы 19 межгос. НТС / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2007. - С. 104-107 (0,19/0,09 печ. л.).

3. Пичугин, А. И. Учет износа и старения машин при определении вероятностей изменения их состояния / А И. Пичугин, В. П. Шлапак, Е. В. Шлапак // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания : материалы 20 межгос. НТС / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2008. - С. 82-85 (0,22/0,07 печ. л.).

4. Прогнозирование технического состояния как задача диагностирования сложных технических систем/ А И. Пичугин [и др.] // Доклады академии военных наук. - 2008. - № 2 (31). - С. 25-35 (1,27/0,32 печ. л.).

5. Пичугин, А И. Использование метода статистического распознавания при проектировании технических средств диагностирования /А.Й Пичугин, В. П. Шлапак // Вавиловские чтения - 2008 : материалы Междунар. НПК. - Саратов : ИЦ «Наука», 2008. - С. 348-350 (0,19/0,09 печ. л.).

6. Пичугин, А. И. Организация технологии и технической базы диагностирования для служб эксплуатации и ремонта подвижного состава / А И. Пичугин // Перспективные направления развития автотранспортного комплекса : материалы 2 Междунар. НПК. - Пенза : РИО «ПГСХА», 2009. - С. 150-155 (0,23/0,23 печ. л.).

7. Оценка информативности диагностических параметров сложных технических систем / А И. Пичугин [и др.] // Доклады академии военных наук. - 2009. - № 4 (39). - С. 161-164 (0,24/0,06 печ. л.).

8. Пичугин, А. И. Влияние человеческого фактора на сбор информации о надежности машин, эксплуатируемых по техническому состоянию / А. И. Пичугин // Материалы Междунар. НПК, посвященной 100-летию профессора Д.Г. Вадивасова / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2009. - С. 104-105 (0,13/0,13 печ. л.).

9. Пичугин, А. И. Выбор комбинаций диагностических параметров для технических систем / А И. Пичугин // Проблемы экономичности и эксплуатации двигате-

лей внутреннего сгорания : материалы 22 межгос. НТС / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2010. - С. 87-89 (0,14/0,14 печ. л.).

10. Пичугин, А. И. Использование комбинаций диагностических параметров для технических систем / А. И. Пичугин, В. П. Шлапак // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания : материалы 22 межгос. НТС / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2010. - С. 117-119 (0,14/0,07 печ. л.).

11. Пичугин, А И. Разработка математической модели для оценки герметичности цилиндров поршневых ДВС / А. И. Пичугин, В. П. Шлапак // Вестник саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2010. - № 10. - С. 74-79 (0,75/0,37 печ. л.).

12. Расходомер картерных газов двигателя внутреннего сгорания [Текст]: пат. 2010103307/22 Рос. Федерация. МПК О 01 Р 1/36/ Пичугин А. И. [и др.]: заявитель и патентообладатель Саратовский ГАУ.- № 2010103307/22 ; заявл. 01.02.10: опубл. 10.07.10. Бюл. № 19.-4 с.: ил.

13. Пичугин, А. И. Особенности ускоренных испытаний дизеля при диагностировании, основанном на подаче сжатого воздуха в цилиндр /А.Е Пичугин, В. П. Шлапак // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания : материалы 23 межгос. НТС / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2010. - С. 96-98 (0,13/0,06 печ. л.).

14.Пичугин, А. И. Статистические методы распознавания в условиях эксплуатации машин / А. И. Пичугин, В. П. Шлапак // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2011. - № 2. - С. 58-63 (0,68/0,34 печ. л.).

Подписано к печати 27.05.2011 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл.-печ. л. 1. Тираж 100. Заказ № 1034.

Отпечатано с оригинал-макета в ООО «Принт-Клуб» 410026, г. Саратов, ул. Московская, 160. Тел.: (845-2) 338-300

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ путей сокращения простоев автомобилей сельскохозяйственного назначения в неработоспособном состоянии.

1.2. Изменение технического состояния ЦПГ в процессе эксплуатации и характеризующие её структурные параметры.

1.3. Анализ диагностических параметров ЦПГ.

1.4. Методы обоснования доминирующей комбинации диагностических параметров и анализ их реализации.

1.5. Выводы. Цель и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ АВТОМОБИЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

2.1. Обоснование, анализ и синтез математической модели зависимости расхода газа от технического состояния ЦПГ.

2.2.Разработка альтернативного метода статистического распознавания.

2.3. Выводы по разделу.

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Программа и общая методика исследований.

3.2. Методика стендовых испытаний.

3.3. Методика эксплуатационных исследований.

4.АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИСС ЛЕДОВ АНИЙ.

4.1. Анализ результатов стендовых испытаний.

4.2. Анализ результатов эксплуатационных исследований.

4.3. Анализ выявленных недостатков диагностических параметров доминирующей комбинации и предлагаемые пути их устранения.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ И ПУТИ ИХ ВНЕДРЕНИЯ.

5.1. Технико-экономическая оценка результатов для заявочного диагностирования ДВ С.

5.2. Технико-экономическая оценка результатов для предремонтного диагностирования ДВС.

5.3. Расчет снижения простоев автомобилей за счет внедрения предложенных разработок.

Основными задачами, возлагаемыми на автомобильный транспорт в процессах сельскохозяйственного производства являются: своевременная транспортировка убранного урожая к месту хранения во избежание его потерь; непрерывное обеспечение работающей в поле сельскохозяйственной техники топливо - смазочными материалами; транспортировка скоропортящихся продуктов животноводства к месту переработки в сжатые сроки; обеспечение ремонтных служб запасными частями, расходными материалами и др. Успешное решение этих задач возможно при укомплектованности предприятий аграрно-промышленного комплекса Российской Федерации (АПК РФ) необходимым количеством автотехники и минимизации её простоев в процессах технического обслуживания и ремонта (ТО и Р). Нарушение любого из этих условий неизбежно приводит к потере прибыли и удорожанию сельскохозяйственной продукции [1].

Наибольшие простои автомобилей в эксплуатации вызваны восстановлением и поддержанием работоспособного состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС) [2], в которых одной из ресурсоопределяющих является цилин-дропоршневая группа деталей (ЦПГ), занимающая по доле межремонтных отказов в дизелях второе и в карбюраторных ДВС третье место [2-4].

Важнейшим направлением минимизации простоев в процессе ТО и Р является стратегия эксплуатации машин по состоянию, которая заключается в управлении ремонтно-обслуживающими воздействиями (РОВ) на основе результатов заявочного диагностирования [5] с определённой глубиной поиска дефектов (неисправностей).

Распространенные методы диагностирования ЦПГ носят преимущественно интегральный характер оценки технического состояния и не позволяют выявлять причину неисправности [4]. Влияние состояния других технических систем на значение их диагностических параметров (ДП) вызывает диагностические ошибки, в результате которых в капитальный ремонт попадают ДВС с недоиспользованным на 35.45% ресурсом [6].

Вместе с тем технологии диагностирования, обладающие глубиной поиска отказа до дефектной детали ЦПГ, требуют использования 3-х и большего числа ДП, причем обследование по всем параметрам является обязательным, что увеличивает их трудоёмкость (продолжительность реализации) и стоимость, хотя для восстановления ЦПГ при некоторых дефектных состояниях требуется её разборка. Очевидно, что в этом случае достоверная причина неисправности устанавливается при дефектации деталей, а использование трудоёмкой и дорогостоящей технологии диагностирования становится нецелесообразным.

Следовательно, в этих условиях актуальным является распознавание таких дефектных состояний ЦПГ, для восстановления которых можно использовать безразборные ремонтные технологии (БРТ) [7]. Эффективность этих технологий непрерывно растёт с развитием в РФ производства наноматериалов для их практического применения.

В этой связи взамен распространённого подхода «чем больше глубина диагностирования, тем лучше» в работе предложен другой принцип «глубина поиска должна быть рациональной, исходя из возможности проведения безразборных РОВ после получения результатов диагностирования». Этот принцип воплощается в следующее правило: при диагностировании глубина поиска должна ограничиваться уровнем распознавания двух групп состояний:

- первая - это группа состояний, перевод из которых в исправное состояние (ИС) возможен применением БРТ;

- вторая - группа состояний, перевод из которых в ИС возможен только проведением ремонтных воздействий, требующих разборки.

В настоящее время к системе эксплуатации машин по техническому состоянию перешли и в состоянии перейти высокорентабельные и рентабельные хозяйства АПК. Но около 60 % сельских товаропроизводителей РФ находятся на низкорентабельном и убыточном уровнях развития. Данная группа хозяйств сложные виды РОВ ДВС проводит на малых сервисных предприятиях. Добиться снижения простоев техники в условиях ремонтных предприятий возможно при использовании эффективного предремонтного диагностирования, которое позволит рационально назначать и распределять РОВ по рабочим местам, что сократит продолжительность ремонта и приведёт к увеличению производственной программы без изменения количества рабочих мест и оборудования[8-10].

Поэтому настоящая работа, посвященная повышению эффективности диагностирования цилиндропоршневой группы ДВС автомобильного транспорта, весьма актуальна и своевременна.

Результаты работы акцентированы на универсальности их применения для заявочного и предремонтного диагностирования ДВС в составе машины и предремонтного диагностирования демонтированного ДВС, которые все чаще поставляются хозяйствами АПК на ремонтные предприятия в виду экономии средств на транспортные расходы, (в сравнении с транспортировкой автомобиля в сборе).

Цель работы. Снижение простоев автомобильного транспорта при проведении ремонтно-обслуживающих воздействий путем совершенствования методов и средств распознавания состояний цилиндропоршневой группы.

Объект исследований, Цилиндропоршневая группа деталей двигателей внутреннего сгорания автомобильной техники сельскохозяйственного назначения.

Методика исследований включает в себя анализ причин простоев автотранспортной техники в процессе технического обслуживания и ремонта (ТО и Р); теоретическое обоснование сокращения длительности простоев управлением ремонтно-обслуживающими воздействиями на основании результатов диагностирования; стендовые исследования с целью проверки адекватности математической модели предложенного диагностического параметра ЦПГ ДВС; эксплуатационные исследования по оценке информативности единичных диагностических параметров ЦПГ и их возможных комбинаций.

В ходе исследований были использованы современные технические средства диагностирования ЦПГ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• обоснован диагностический параметр, обладающий более высокой информативностью в сравнении с традиционно принятыми, и составлена математическая модель его изменения в зависимости от технического состояния ЦПГ ДВС;

• предложен принцип многоуровневой дихотомии при диагностировании технических систем;

• разработана методика определения доминирующей комбинации диагностических параметров для технических систем.

Практическая ценность:

• составлен алгоритм заявочного диагностирования ДВС автомобилей, эксплуатируемых по состоянию, применение которого позволит сократить время простоя при неисправностях ДВС автомобилей на 25,9 %, получить годовой экономический эффект на ремонт одного двигателя в размере 22 858,94 руб.;

• разработан алгоритм предремонтного диагностирования ДВС автомобилей для малых предприятий технического сервиса, использование которого позволит снизить продолжительность ремонта ДВС на 10,2 - 37,6 %, увеличить годовую производственную программу на 18,0 %, получить годовой экономический эффект на один ремонтируемый двигатель в размере 4735,45 руб.

Реализация результатов исследований. Материалы диссертации могут быть использованы в хозяйствах АПК, автотранспортных предприятиях Министерства сельского хозяйства и других ведомств, эксплуатирующих парк автомобилей, а также на малых предприятиях технического сервиса.

Внедрение разработок;

• технология заявочного диагностирования ДВС автомобилей внедрена на ООО «Ягоднополянское» (с. Ягодная поляна Татищевского района Саратовской области);

• технология предремонтного диагностирования ДВС автомобилей внедрена на ООО «Сервисавторемонт» г. Саратова.

Основные положения, выносимые на защиту:

• математическая модель изменения количества выходящего из картера выключенного ДВС сжатого воздуха в зависимости от технического состояния ЦПГ;

• теоретическое обоснование многоуровневой дихотомии при выборе и использовании доминирующей комбинации диагностических параметров;

• результаты стендовых исследований, подтверждающих адекватность математической модели;

• доминирующая комбинация диагностических параметров, сформированная в результате эксплуатационных исследований и позволяющая распознавать две группы неисправных состояний с заданной достоверностью в рамках многоуровневой дихотомии.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены на XIX, XX, XXII и XXIII ежегодных межгосударственных постоянно действующих научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, 2006, 2007, 2009, 2010 гг.), научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» в 2008-2010 гг., Международной научно-практической конференции, посвященной столетию со дня рождения профессора Д.Г. Вади-васова (Саратов, 2009 г.), II Международной научно-производственной конференции «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса» (Пенза, 2009 г.), VI салоне изобретений, инноваций и инвестиций Саратовской области (Саратов, 2011 г.).

Публикации. Всего по результатам исследований опубликовано 14 работ общим объемом 4,82 печ. л., из которых 2,1печ. л., принадлежит автору. Две печатные работы в ведущих рецензируемых научных изданиях, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук. Получен патент РФ на полезную модель № 95829 от 10.07.2010 г.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 178 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, содержит 55 рисунков, 32 таблицы и приложения. Список использованной литературы включает в себя 137 наименований, в том числе 2 - на иностранном языке.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснован новый диагностический параметр — расход газа из картера выключенного ДВС при подаче сжатого воздуха в цилиндр с зафиксированным в верхней мертвой4 точке поршнем, с информативностью распознавания исправного состояния, достаточной для минимизации трудоемкости обследования

ЦПГ Р(811С /£>6) > 0,9. Разработана математическая модель изменения обоснованного параметра в зависимости от износов деталей ЦПГ.

2. Разработана методика обоснования и использования доминирующей комбинации диагностических параметров, в рамках которой осуществляется обследование ЦПГ по принципу двухуровневой дихотомии: 1-й уровень- деление на исправное и неисправное состояния; 2-й уровень — деление неисправных состояний на требующие разборки и поддающиеся устранению с помощью безразборных ремонтных технологий. Д ля снижения числа ошибок при использовании комбинации доработан метод последовательного анализа, отличающийся от традиционного тем, что зона неопределенности решений делится на зоны ошибок 1 и 2-го рода.

3. Результаты стендовых испытаний подтвердили, что математическая модель предложенного параметра обладает достаточной степенью адекватности — расхождение опытных и расчетных значений Опиг не превышает 10%.

Итоги эксплуатационных исследований подтвердили эффективность разработанной методики выбора доминирующей комбинации диагностических параметров. Также была подтверждена высокая информативность предложенного параметра при определении дихотомии 1-го уровня: Р(8ИС / £>)=0.968 > 0,9. В процессе эксплуатационных исследований выявлены его недостатки, заключающиеся в высокой трудоемкости диагностирования и невозможности учета утечек газа через неплотности кар-терного пространства. Разработано средство диагностирования, позволяющее исключить указанные недостатки путем использования вспомогательных диагностических признаков и более точного способа измерения расхода газов. Данное средство защищено патентом РФ. Для обеспечения дихотомии 2-го уровня определе на доминирующая комбинация обоснованного в настоящей работе диагностического параметра с эндоскопическим осмотром цилиндра: ^ /ЦЦ) =0,925>0.9, при

4. Для выбранной комбинации диагностических параметров на основе принципа многоуровневой дихотомии разработаны технологии заявочного и предремонтного диагностирования, позволившие снизить простой двигателя автомобиля в среднем на 25,9 %. Годовой экономический эффект на ремонт одного двигателя для хозяйства эксплуатирующего парк автомобилей составил 22 858,94 руб., для ремонтного предприятия - 4735,45 руб. (в ценах 2010 г.).

1. Дзуганов, В.Б. Технический потенциал АПК на современном этапе развития рыночных отношений / В.Б.Дзуганов // Вавиловские чтения 2008: материалы междунар. науч.-практич. конференции. Часть 2-Саратов: СГАУ, ИЦ «Наука», 2008 С. 44-46.

2. Панкратов, Д.Л. Повышение надёжности шатунных подшипников автотракторных двигателей диагностированием масляного потока: автореф. дис. . канд. техн. наук / Панкратов Д.Л. Саратов, 2009. - 22с.

3. Гребенников, A.C. Диагностирование автотракторных двигателей динамическим методом / A.C. Гребенников.- Саратов: СГТУ, 2002. 196с.

4. Бойков, А.Ю. Повышение информативности компрессионно-вакуумного метода диагностирования цилиндропоршневой группы автотракторных ДВС: автореф. дис. . канд. техн. наук / Бойков А.Ю. М., 2008. - 16с.

5. Михлин, В.М. Управление надёжностью сельскохозяйственной техники / В М. Михлин.- М.: Колос, 1984. 335с.

6. Данилов, И.К. Повышение эффективности использования ресурса автотракторных двигателей систематизацией эксплуатационно-ремонтного цикла на основе диагностирования: автореф. дис. . д-ра техн. наук / Данилов И.К. Саратов, 2005. - 43 с.

7. Ладиков, В.В. Безразборные технологии увеличения эксплуатационного ресурса автотранспортной техники / В.В. Ладиков, В.А. Чечет, A.B. Дунаев и др.- М.: VICCO, 2004. 52с.

8. Черноиванов, В.И. Оптимизация инфраструктуры ремонтно-обслуживающей базы АПК / В.И. Черноиванов, Л.М. Пильщиков, И.Г. Голубев.- М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. 52с.

9. Пасько, В.И. Совершенствование технического сервиса в АПК Текст./ В.И. Пасько, H.A. Щербакова // материалы междунар. науч.-практич.конференции, посвященной 100 летию со дня рождения профессора Вадивасова Д.Г. / Саратов: СГАУ, 2009.- С. 102-103.

10. Кушнарев, Л.И. Основы эффективной деятельности системы технического сервиса в АПК / Л.И. Кушнарев, Е.А. Пучин // Техника и оборудование для села.-2005.-№8.~ С. 38-41.

11. Типовые нормы времени на ремонт автомобилей в сельском хозяйстве/ под общ. ред. Г.М. Микая.-М.: Колос, 1978.- 176с.

12. Типовые нормы времени на ремонт грузовых автомобилей марок ГАЗ, ЗИЛ, КАЗ, КамАЗ, Краз в условиях автотранспортных предприятий / под общ. ред. В.Х. Педро.-М.: Экономика, 1989.- 300с.

13. Денисов, A.C. Научные основы формирования структуры эксплуатационно-ремонтного цикла автомобилей: автореф. дис. . д-ра техн. наук / Данилов И.К. Саратов, 1999. - 43с.

14. Денисов, A.C. Основы формирования эксплуатационно-ремонтного цикла автомобилей / A.C. Денисов.- Саратов: СГТУ, 1999. 352с.

15. Гребенников, A.C. Зависимость ресурса агрегата автомобиля от неравномерности исходных зазоров в одноименных сопряжениях / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, А.В.Коновалов // Вестник машиностроения .-2007.-№6-С. 34-38.

16. Гребенников, A.C. Зависимость ресурса одноименных элементов конструкции автомобилей от условий их функционирования / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, А.В.Коновалов и др. // Автомобильная промышленность .-2007.-№10.- С. 24-26.

17. Гребенников, A.C. Зависимость ресурса одноименных элементов конструкции автомобилей от условий их функционирования (окончание) / A.C. Гребенников, С.А. Гребенников, А.В.Коновалов и др. // Автомобильная промышленность .-2007.-№11 С. 19-22.

18. Авдонькин, Ф.Н. Изменение технического состояния автомобилей в процессе эксплуатации / Ф.Н. Авдонькин.- Саратов: Саратовский университет, 1973.- 190с.

19. Азаматов, P.A. Восстановление силового агрегата КамАЗ-740.11-240 EURO-1 / P.A. Азаматов, A.C. Денисов, А.Т. Кулаков и др.; под общ. ред. A.C. Денисова .- Набережные-Челны: КамАЗтехобслуживание, 2007. 307с.

20. Александров, В.А. Повышение долговечности автотракторных дизелей применением присадки к моторному маслу на основе наночастиц цветных металлов: автореф. дис. . канд. техн. наук / Александров В.А. Саратов, 2005.-23с.

21. Гурвич, И.Б. Эксплуатационная надежность автомобильных двигателей / И.Б. Гурвич, А.Э. Сыркин, В.И. Чумак.- М.: Транспорт, 1994. 144с.

22. Костецкий, Б.И. Трение, смазка и износ в машинах / Б.И. Костец-кий.- Киев.: Техшка, 1970. 396с.

23. Костецкий, Б.И. Сопротивление изнашиванию деталей машин / Б.И. Костецкий.- М.: Машгиз, 1969. 478с.

24. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Кра-гельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов.- М.: Машиностроение, 1977. 526с.

25. Мирошников, JI.B. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотранспортных предприятиях / Л.В. Мирошников, А.П. Бол-дин, В.И. Пал.- М.: Транспорт, 1977. 263с.

26. Сафонов, В.В. Повышение долговечности ресурсоопределяющих агрегатов мобильной сельскохозяйственной техники путем применения металосодержащих смазочных композиций: автореф. дис. . д-ра техн. наук / Сафонов В.В. Саратов, 1999. - 36с.

27. Шаронов, Г.П. Влияние добавления в масло дигиптилфосфиматов редкоземельных металлов на ускорение приработки и повышение износостойкости деталей машин / Г.П. Шаронов, В.И. Цыпцын // Химия и технология топ-лив и масел .-1978.-№1- С. 23-26.

28. Кузьмина, В.В. Экономические условия технического оснащения современного сельскохозяйственного производства в АПК / В.В.Кузьмина // Вавиловские чтения 2008: материалы междунар. науч.-практич. конференции. Часть 2 Саратов: СГАУ, ИЦ «Наука», 2008.- С 81.

29. Романова, H.A. Роль стратегического планирования в системе управления сельскохозяйственными предприятиями / Н.А.Романова // Вавиловские чтения 2008: материалы междунар. науч.-практич. конференции. Часть 2 — Саратов: СГАУ, ИЦ «Наука», 2008.- С. 149-151.

30. Сафонов, В.В. Прогнозирование технического состояния, как задача диагностирования сложных технических систем /В.В. Сафонов, В.П. Шлапак, А.И.Пичугин и др. // Доклады академии военных наук ,-2008.-№2 (31).- С. 2535.

31. Величкин, И.Н. Ускоренные испытания дизельных двигателей на износостойкость / И.Н. Величкин, А.И. Нисневич, М.П. Зубиетова.- М.: Машиностроение, 1964. 183с.

32. Головин, С.И. Мониторинг изнашивания деталей дизеля, как средство оптимизации системы технического обслуживания: автореф. дис. . канд. техн. наук / Головин С.И. М., 2007. - 18с.

33. Гинцбург, Б.Я. Теория поршневого кольца / Б.Я. Гинцбург.- М.: Машиностроение, 1979.-271с.

34. Тененбаум, М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию / М.М. Тененбаум.- М.: Машиностроение, 1976. 271с.

35. Григорьев, М.А. Износ и долговечность автомобильных двигателей/ М.А. Григорьев.- М.: Машиностроение, 1976. 248с.

36. Сидоров, В.Е. Влияние работы дизеля на моторное масло / В.Е. Сидоров, A.A. Ерин// Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания: материалы межгосуд. науч.-технич. семинара. Выпуск 21.-Саратов: СГАУ, 2009.- С. 211-212.

37. Габитов, И.И. Топливная аппаратура автотракторных двигателей / И.И. Габитов, A.B. Неговора.- Уфа: БГАУ, 2004. 172с.

38. Чечет, В.А. Почему отказала ЦПГ / В.А. Чечет, А.Ю. Бойков // Сельский механизатор .-2007.-№1.- С. 77-79.

39. ГОСТ 23435-79. Техническая диагностика. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Номенклатура диагностических параметров.49.2>иргер, И.А. Техническая диагностика / И.А. Биргер.- М.: Машиностроение, 1978.-240с.

40. Макаров, P.A. Диагностика строительных машин / P.A. Макаров, A.B. Соколов.- М.: Стройиздат, 1984. 335с.

41. Технические средства диагностирования. Справочник / В.В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; под общ. ред. В.В.Клюева.-М.: Машиностроение, 1989.-672с. :ил.

42. Газетин, С. Компрессия наоборот / С. Газетин, Г. Емелькин // За рулем .-2009-№12-С. 158-159.

43. Спичкин, Г.В. Диагностирование технического состояния автомобилей / Г.В. Спичкин, A.M. Третьяков.- М.: Высшая школа, 1983. 368с.

44. Фока, A.A. Повышение точности экспериментальной информации в задачах идентификации и диагностирования механических систем ДВС / A.A. Фока // Двигателестроение .-1986.-№11- С. 41-42.

45. Гурьянов, Ю.А. Экспресс методы и средства диагностирования агрегатов машин по параметрам масла: автореф. дис. . д-ра техн. наук / Гурьянов Ю.А. Челябинск, 2007. - 39с.

46. Ананьин, А.Д. Диагностика и техническое обслуживание машин / А.Д. Ананьин, В.М. Михлин, И.И. Габитов и др.- М.: Академия, 2008. 432с.

47. Гурьянов, Ю.А. Исследования пневмовакуумного способа диагностирования ЦПГ двигателей внутреннего сгорания: автореф. дис. . канд. техн. наук / Гурьянов Ю.А. Челябинск, 1979. - 17с.

48. Сазонов, К.А. Диагностирование цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания пневматическим способом при низких рабочих давлениях: автореф. дис. . канд. техн. наук / Сазонов К.А. Челябинск, 1997. -22с.

49. Redrok.com Электронный ресурс./ Compute the maximum possible efficiency of a heat engine operating between two given temperatures.- Режим доступа: http://www.redrоk.сom/engine.htm -Яз. англ.

50. А. с. 1589090 СССР, Кл. G 01L 13/00. Расходомер картерных газов Текст./ А. В. Дунаев, Ю. Т. Кириченко. Опубл. 30.08.90, Бюл. № 32. 4 с.:ил.

51. Дроссельный расходомер : пат. 2347195 Рос. Федерация, МПК G 01 Fl/36, G 01 М15/02. / Иванов В.И., Салихов Р.Ф.: заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО СибАДИ № 2006145798/28 ; заявл. 21.12.2006 ; опубл. 20.02.2009.-7 с.:ил.

52. Ефимов, С.И. Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей / С.И. Ефимов, H.A. Иващенко, В.И. Ивин и др.; под общ. ред. A.C. Орлина. 3-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение , 1985.-456с.

53. Дунаев, A.B. Выбор методов и средств диагностирования цилиндро-поршневой группы автотракторных двигателей / A.B. Дунаев // Техника в сельском хозяйстве .-2007-№6 -С. 25-28

54. Бокарев, A.B. Оценка эксплуатационных режимов дизеля КамАЗ-ЕВРО / A.B. Бокарев // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания: материалы межгосуд. науч.-технич. семинара. Выпуск 22.-Саратов: СГАУ, 2010.-С. 12-15.

55. Харазов, A.M. Методы оптимизации в технической диагностике машин / A.M. Харазов, С.Ф. Цвид.- М.: Машиностроение, 1983. 132с.

56. Мозгалевский, A.B. Техническая диагностика. Непрерывные объекты / A.B. Мозгалевский, Д.В. Гаскаров.- М.: Высшая школа, 1975. 207с.

57. Горелик, А.Л. Методы распознавания / А.Л. Горелик, В.А. Скрип-кин.- М.: Высшая школа, 1984. 207с.

58. Гуревич, И.Б. Современное состояние проблемы распознавания / И.Б. Гуревич, А.Л. Горелик.- М.: Радио и связь, 1985. 160с.

59. Дынга, И.Г. Исследование и разработка методов и средств диагностики технического состояния цилиндро-поршневой группы и клапанов газораспределения тракторного двигателя: автореф. дис. . канд. техн. наук /с

60. Дынга И.Г. Волгоград, 1971. - 28с.

61. Журавлев, Ю.И. Алгоритмы распознавания, основанные на вычислении оценок / Ю.И. Журавлев, В.В. Никифоров// Кибернетика .-1971. №3. С. 111.

62. Игнатьев, Г.С. Приремонтное диагностирование и необезличивание составных частей сельскохозяйственной техники: автореф. дис. . д-ра техн. наук / Игнатьев Г.С. Челябинск, 1989. - 39с.

63. Левин, Б.Р. Вероятностные модели и методы в системах связи и управления / Б.Р. Левин, В.В. Шварц.- М.: Радио и связь, 1985. 312с.

64. Пасечников, Н.С. Диагностирование цилиндро-поршневой группы / Н.С. Пасечников, В.Г. Рацбаум, Е.Ф. Чечуров и др // Техника в сельском хозяйстве .-1978-№1-С. 72-74.

65. Терских, И.П. Функциональная и дифференциальная диагностика цилиндро-поршневой группы / И.П. Терских, В.Г. Ряков // Техника в сельском хозяйстве .-1985 -№2.-С. 30-32.

66. Ченцов, H.H. Статистические решающие правила и общие выводы / H.H. Ченцов,- М.: Наука, 1972. 520с.

67. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВУЗов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев . 13-е изд., перераб. и доп. - М: Наука , 1986. - 544с.

68. Журавлев, Ю.И. Непараметрические задачи распознавания образов/ Ю.И. Журавлев// Кибернетика ,-1976.-№6 С. 93-103.

69. Пичугин, А.И. Выбор комбинаций диагностических параметров для технических систем / А.И. Пичугин // Проблемы экономичности и эксплуата