автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка алгоритмов и устройств для автоматического безразборного диагностирования топливной аппаратуры и цилиндро-поршневой группы ДВС по индикаторным параметрам

ВВЕДЕНИЕ.

1 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДВС

1.1. Виды диагностирования.

1.2. Обзор основных методов диагностирования ДВС. II

1.3. Выбор объекта диагностирования в дизеле и диагностических параметров.

1.4. Постановка задачи и предмет исследования.

2 ПОСТРОЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ

2.1. Исследование влияния ряда неисправностей топливной аппаратуры и цилиндро-поршневой группы дизеля на индикаторные параметры.

2.2. Диагностические модели дизеля в двухмерном пространстве признаков.

2.3. Алгоритм распознавания доминирующей неисправности.

2.4. Построение зонной диагностической модели, учитывающей одновременное влияние двух неисправностей.

3 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОНТРОЛЯ СРЕДНЕГО ИНДИКАТОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

3.1. Методы непосредственного определения среднего индикаторного давления.

3.2. Дискретный метод.

3.3. Непрерывный метод.

3.4. Дискретно-непрерывный метод.87.

3.5. Разработка устройства для контроля среднего индикаторного давления с использованием дискретно-непрерывного способа. ^

З.б. Оценка погрешности устройства для контроля индикаторных параметров.

4 СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИНДИКАТОРНЫХ ПАРАМЕТРОВ "АРХАР"

4.1. Стендовые испытания на силовом отсеке 1ГК(Н).

4.2. Стендовые испытания на двигателе 6ЧН 12/14.

В решениях ХХУ1 съезда КПСС, последующих Пленумов ЦК КПСС сформулирована важная народно-хозяйственная проблема: повышение эффективности общественного производства, в том числе транспорта.

Актуальность работ по развитию и созданию систем автоматического функционального диагностирования ДВС неоднократно подчеркивалась в постановлениях Совета Министров СССР и ГКНТ. В 19811985 г.г. предусмотрено осуществить мероприятия по повышению степени автоматизации двигателей, в том числе и силовых агрегатов, созданных на базе этих двигателей, путем оснащения их электронными системами автоматического управления и контроля, а также автоматизированными информационно-измерительными системами.

Особо остро стоит вопрос о внедрении современных средств измерения, позволяющих производить непосредственный контроль индикаторных параметров транспортных ДВС.

В настоящее время цри доводочных работах и заводских испытаниях ДВС о характере протекания рабочего процесса судят по результатам обработки индикаторных диаграмм. Автоматизация обработки индикаторных диаграмм на ЭВМ не решает проблемы оперативного контроля, так как исходные данные подготавливаются вручную.

При эксплуатационных испытаниях тепловозных двигателей рабочий процесс контролируется по величине максимального давления в цилиндре и температуре отходящих газов, что не позволяет объективно его контролировать. Об этом свидетельствует увеличивающийся в последние годы рост числа порч и неплановых ремонтов тепловозов из-за неисправностей дизелей /32/. В течение 7 лет ( с 1974 по 1980 г.г.) количество неплановых ремонтов по дизелям увеличилось с 7,5 до 16,39 на I млн.км пробега (в 2,2 раза), из них доля цилиндро-поршневой группы и топливной аппаратуры составляла в 1974 г. 3,13, а в 1980 г. - 6,3, то есть увеличилась на

В речи Генерального секретаря ЦК КПСС Ю.В.Андропова на Пленуме ЦК КПСС, состоявшемся 22 ноября 1982 г., отмечено, что в Министерстве путей сообщения на низком уровне ведется организация ремонта и эксплуатации локомотивного парка. Один из способов повышения надежности тепловозов - широкое внедрение диагностики тепловозных дизелей. Достаточно указать только на одну достижимую при этом цель - переход от профилактики и планового ремонта по пробегу (или по наработке) к профилактике и ремонту по техническому состоянию.

Если для вспомогательных систем тепловозного дизеля разработаны и широко применяются методы тестовой диагностики, основанные, в частности, на измерениях выходных параметров на специально оборудованных стендах /8/, то применительно к двигателю в целом пути решения подобной задачи определяются прежде всего требованием функциональной безразборной диагностики энергосиловой установки.

В ряде стран работы по созданию приборов и устройств для безразборной диагностики крупных дизелей (судовых, тепловозных) уже вышли за рамки поисковых и доводочных. На мировом рынке уже имеется несколько типов диагностических систем, выпускаемых специализированными фирмами. Однако, анализ характеристик и принципов построения подобных систем показывает, что у их разработчиков и потребителей нет единого мнения о том, какой метод диагностики технического состояния ДВС является оптимальным с точки зрения достоверности диагноза и минимальных затрат для его аппаратурной реализации.

Вопросы создания алгоритмов диагностирования находятся в стадии поисков и исследований. Этот поиск в первую очередь направлен на выработку алгоритмов диагностирования наиболее ответственных узлов ДВС.

Статистические данные показывают /35/, что трудозатраты на ремонт и обслуживание наиболее ответственных узлов и систем крупных судовых двигателей находятся в следующем соотношении: газовоздушные тракты, включая холодильники и трубокомпрессоры -30-4О/о, цилиндро-поршневая группа - 20-25%, топливная аппаратура - 15-20$, обслуживающие агрегаты - 10-15$.

Данные английской ассоциации дизельных инженеров и эксплуатационников промышленных дизелей /15/, изучавшей в 1970 г, отказы по 410 дизелям, показывают, что на долю топливной аппаратуры и цилиндро-поршневой группы приходится 4:6% от общего числа неисправностей. Аналогична данные приведены в /11,32/ и др.

Целью работы является выявление возможности диагностирования элементов дизеля посредством контроля индикаторных параметров; выделение наиболее информативных диагностических параметров, находящихся в тесной корреляции с неисправностям!/!; исследование и разработка подхода к моделированию объектов диагностирования, основанного на выделении областей в двухмерном пространстве признаков для каждой неисправности, с использованием в качестве выходных индикаторных параметров; разработка на этой основе алгоритмов диагностирования.

Практическим результатом должно явиться создание алгоритма диагностирования топливной аппаратуры и цилиндро-поршневой группы транспортного дизеля и устройства для определения индикаторных параметров.

Результаты работы могут быть использованы при разработке локальных систем автоматической функциональной диагностики ДВС по индикаторным параметрам, как автономных, так и входящих в общую систему комплексной автоматизации дизелей.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года. -В кн.:Материалы ХХУ1 съезда КПСС.-М»:Политиздат, 1980.- 223 с.

2. Речь Генерального секретаря ЦК КПСС Ю.В.Андропова на Пленуме ЦК КПСС 22 ноября 1982 года. -В кн.¡Материалы Пленума Центрального Комитета КПСС 22 ноября 1982 года.-М.¡Политиздат, 1982.- 30 с.

3. Адлер Ю.П., МорковаЕ.В., Грановский 10.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.-М.:Наука, 1976,- 279 с.

4. Ахназарова С.Д., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии.М.¡Высшая школа, 1978. 319 с.

5. Вибе М.И. Новое о рабочем цикле двигателей.-М.-Свердловск: Машгиз, 1962.- 270 с.

6. Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. -М. : Пищевая промышленность, 1979. 200 с.

7. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.-Д.¡Энергия, 1980.- 248 с.

8. Двигатели внутреннего сгорания./А.Э.Симеон, А.З.Хомич, А.А.Куриц и др.-М.¡Транспорт, 1980. 384 с.

9. Ждановский Н.С., Улитовский Б.А., Аллилуев В.А. Диагностика дизелей автотракторного типа. Л.¡Колос, 1970.-192 с.

10. Ждановский Н.С. Бестормозные испытания тракторных двигателе й. -Л. ¡Машиностроение, 1966.- 178 с.

11. Ядановский H.C., Николаенко A.B. Надежность и долговечность автотракторных двигатележ.-Д.:Колос,1974,- 224 с.

12. Карпов Л.Н., Дютов И.П., Гаврилов B.C. Двигатели с Турбонаддувом.М.¡Транспорт, 1271. 275 с.

13. Испытания двигателей внутреннего сгорания./Б.С.Стесоа-новский, Е.А.Скобцов, Е.К.Кореи и др.- М.¡Машиностроение, 1972. 367 с.

14. Карпов Р.Г. Электроника в испытании тепловых двигателей.-М.:Машгиз,1965,~ 169 с.

15. Коллакот P.A. Диагностирование механического оборудова-ния.-JI. ¡Судостроение, 1980. 296 с.

16. Новицкий П.В. Электрические измерения неэлектрических величин.-М.¡Энергия, 1975.- 341 с.

17. Пахомов Э.А. Методы диагностики при эксплуатации тепловозов.-М. ¡Транспорт, 1974. 41 с.

18. Теория двигателей внутреннего сгорания./Н.Х.Дьяченко, А.К.Костин, Б.П.Пугачев и др.-Д.¡Машиностроение,1974.-552 с.

19. Хандов S.A., Браславский И.И. Судовые среднеоборотные дизели.-Д.¡Судостроение, 1975. 320 с.

20. Автоматизация средств контроля и регистрации режимов работы судовых двигателей./В.В.Щагин, 3.Г.Кузькин, Г.И.Курин и др.^3 кн. ¡Вопросы износостойкости и надежности судовых дизелей. Труды ГИПРОРЫБФЛОТа.-Калининград: 1973, вып.5, с.172-180.

21. Бухтияров И.Д., Махоткин O.A. К вопросу определения технического состояния ДВС без разборки.-В кн.¡Научные труды ВИМ.-Свердловск; Труды Сиб.филиала,1976, том 3, с.61-73.

22. Васильев-Южин P.M. Математическая модель для исследования и оптимизации эксплуатационных характеристик комбинированных двигателей.-В кн.:Повышение мощности, экономичности и надежности тракторных двигателей. Труды УСХА, 1976, вып.186, с.20-26.

23. Гончар Б.М. Численное моделирование рабочего процесса дизелей.-Энергомашиностроение, 117, 1968, с.34-35.

24. Карминский В.Д., Магнитский Ю.А., Чешков H.H. Разработка автоматизированной системы диагностирования ДВС по относительным величинам внутрицилиндровых параметров.-Двигателе с троение, 1984, 151, с. 5 2-53.

25. Карпов Я.Н., Титов В.А. Выбор объема контролируемых параметров судового дизедя для безразборной диагностики его технического состояния.-В кн.:Техническая эксплуатация морского флота. Труды ЦНИИМФа. -П.; Транс порт, 1973, вып.174, с.19-40.

26. Кальке В.А., Егунов П.М. Проблема повышения эксплуатационном надежности тепловозных дизелей.-М.: ЦНИИТЭИ МПС, 1981,- 36 с.

27. Кузькин В.Г., Глясман Э.С., Ковальчук Л.й. О диагностике топливной аппаратуры судовых дизелей.-В кн. .-Проектирование и эксплуатация судовых энергетических установок.Труды Калинингр. ин-та рыбн.пром-сти и хоз-ва.-Калининград; 1978, вып.77, с.72-79.

28. Левин И.И. Автоматическая техническая диагностика, ее аспекты, проблемы и место в комплексной системе автоматизации дизелей.-Двигателестроение, 1979, }.' II, с.27-32.

29. Левин М.И. Определение состава контролируемых параметров ДВС на основе информационного критерия.-Судостроение, 1969, JII, с.48-51.

30. Левин М.И., Петров A.C. О проблеме автоматического определения технического состояния судовых ДВС-В кн.Исследование узлов и агрегатов ДВС. Труды ЦНВДИ.-Й.: 1974, вып.66, с.4-5.

31. Левин М.И., Петров A.C. Эксплуатационная автоматическая диагностика ДВС как средство повышения их надежности, экономичности и уменьшения трудоемкости обслуживания.-Энергомашиностроение, 1973, )Я2, с.4-5.

32. Левин М.И., Плоткин А.Г., Петров A.C., Орлов A.A. Состояние и перспектива развития технической диагностики дизелей.-М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1981, 31 с.

33. Магнитский Ю.А., Каплунова И.М., Карминский В.Д. Расчет частотных характеристик индикаторной диаграммы и измерителя давления. -Двигате лес троение, 1982, А"8, с.21-23.

34. Матвеев В.В., Усеня М.Ф. Исследование влияния показателей технического состояния ДВС на параметры рабочего процесса методом численного моделирования.-Энергомашиностроение, 1976, ii 12, с.38-39.

35. Муравьев В.Д., Федяев В.И., Архипов A.B. Система для индицирован ия ДВС с регистрацией давления в цифровой форме.-В кн.: Конструирование, исследование, технология и экономика производства автомобиля.-М.: 1980, Л9, с.3-32.

36. Овсянников М.К., Давыдов Г.А., Анищенко Г.Т. Термометрическое диагностирование технического состояния ЦПГ дизеля.--Двигате лес троение, 1979, 152, с.31-33.

37. Пасумский A.A. Скорость изнашивания деталей дизелей -показатель уровня их технической эксплуатации.-В кн.: Вопросы износостойкости и наде лад ости судовых дизелей.-П.; Транспорт, 1973, с.204-212.

38. Соболев П.Г., Залтис В.А., Агафонов В.Г., Порталимов С.А. Эксплуатационные испытания системы технического диагностирования главного судового двигателя.-Судостроение, 1980, JS9, с.21-24.

39. Соболев Л.Г., Агафонов В.Г., Финогенов A.A., Портали-нов O.A. Техническое диагностирование главного судового двигателя.-Судостроение, 1982, Л7, с.25-27.

40. Соболев Л.Г., Кривошапкин А.П. Способ идентификации законов распределения в задачах автоматизации судов.-Судостроение, 1982, 115, с.22-23.

41. Соколов А.И. Диагностика судовых двигателей по параметрам работающего маела.-Двигателестроение, 1980, JHI, с.46-48.

42. Соломоник В.А. Оценка влияния погрешностей измерения нестационарных давлений в двигателях внутреннего сгорания. -Измерительная техника, 1979, 1J5, с.26-27.

43. Схема для контроля устранения дрейфа нуля при измерении давления в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания./ Ю.А.Магнитский, В.Д.Карминский, Н.НЛешков и др.- Приборостроение. Известия высших учебных заведений.- Л. : 1979, том ХХП, 1J3, с.17-19.

44. Федорко П.П. Измерительная аппаратура в системах диагностирования судовых дизелей.- Судостроение за рубежом, 1978, ЛИ, с.54-71.

45. Щагин В.В., Кузькин В.Г., Селянский Б.И. Вопросы оценки ограничительных факторов при назначении норм предельных износов деталей судовых дизелей. -В кн. :Вопросы износостойкости и надежности судовых дизелей.-Д. : Транспорт, 1973, с.80-99.

46. Применение анализа выхлопных газов./ Freuden6erc^6r В.',ВЦП Ne 66^40-lie.-Ustn<j the Exhaust AnaCyser. Motor Service, 1974, №8, p.p. 28-36.

47. FuruKawa C., Matsyo T.? Mini Т., C0M0S-D2. Huxoh хакуё кикан гаккаиси. j Mar. Eng.Soc. Лар. 1979,14,N41, p.p. 937- 946.

48. Madesàtor A.,Hammarstrand N.,Cy£det ASEA's sístem for monitoring the com6ustion pressure in dieset engines. 5 hip. Opérât. Automat. Amsterdam --Oxford, 1975, N«4, p. p. 274-281.

49. MailnowsKi A. EleKtrozne anaiizatory eisienia w cyíindrach siínUow OKretowych. Techm. ICpSp mûr,, 980, 30, №9, p.p. 504-506.

50. PrzechowsKi F DlaçnostiKa stana technlcznego SíínlKOW OKrwych. Techn. t (josp. mor., 1980,30, N41-12, p.p. 611-613.

51. Андреев Ю.Ф. Исследование влияния неравномерности распределения нагрузок по цилиндрам четырехтактных судовых дизелей на их эксплуатационные показатели: Автореф. дис.канд.техн.наук.-Калининград: 1975,- 24 с.

52. Глясман Э.С. Исследование диагностических параметров функционирования топливной аппаратуры судовых дизелей.-Дис.канд.техн.наук.-Д.:ЦНВДИ, 1980. 189 с.

53. Григорьев В.Г. Разработка и исследование метода непрерывного контроля максимального давления сгорания в цилиндрах ДВО.-Дис.канд.техн.наук.-ÏÏ.: ЦНВДИ, 1981.218 с.

54. Калинов A.B. Повышение топливной экономичности тепловозного предкамерного дизеля путем введения автоматической коррекции угла опережения подачи топлива«-Дис. канд.техн.наук.-Харьков; ХИИТ, 1982. 162 с.

55. Овчинников B.C. Методы и технические средства автоматизированного контроля и регистрации рабочего процесса судовых ДВС: Автореф.дис.канд.техн.наук.-Севастополь, 1983. 22 с.

56. A.O.I77I2I (СССР). М.Кл. & 01Устройство для измерения индикаторной мощности./Ростовский ин-т инж. ж.-д. тр-та; авт.изобре т. В.Д.Карминский, Ю.А.Магнитский, А.Д.Попов.-Опубл. вБ.И., 1965, 15 24,

57. А.с.461325 (СССР). М.Кл.2 G 01 ¿ '/24.Устройство для измерения среднего индикаторного давления в цилиндре поршневого двигателя./Ростовский ин-т инж.ж.-д. тр-та; авт.изобрет. Ю.А.Магнитский, В.Д.Карминский, Н.Н.Чешков и др.- Опубл.в Б.И., 1975, Jí 7.

58. А.с.505921 (СССР). М.Кл.2 & 01 I 23/о8-Измеритель среднего индикаторного давления в цилиндрах тепловых двигателей./Ростовский ин-т инж. ж.-д. тр-та; авт.изобрет. Ю.А.Магнитский, В.Д.Карминский, Н.Н.Чешков и др.- Опубл. в Б.И., 1976, Jí 9.

59. А.с.662872 (СССР). М.Кл.2 & 01 R <9/00-Устройство для контроля дрейфа нуля./Ростовский ин-т инж. ж.-д. тр-та; авт.изобрет. Ю.А.Магнитский, В.Д.Карминский, А.Д.Попов и др.- Опубл. вБ.И., 1979, }¡ 18.

60. А.с.678365 (СССР). М.Кл»2 & (И 23/0S.Измеритель среднего индикаторного давления в цилиндрах поршневых двигателей и компрессоров./Ростовский ин-тинж. ж.-д. тр-та; авт.изобрет. Ю.А.Магнитокий, В.Д.Кар-минский, Н.Н.Чешков и др.- Опубл. вБ.И., 1979, Ji 29.

61. A.c.679839 (СССР). М.Кл.2 6 Ol i 23/00. Измеритель среднего индикаторного давления в цилиндрах тепловых двигателей./Ростовский ин-т инж. ж.-д. тр-та; авт.изобрет. В.Д.Карминокий, Ю.А.Магнитокий, Н.Н.Чешков и др.- Опубл. в Б.И., 1979, Л 30.

62. А.с.957039 (СССР). М.Кл.3 & Of M ,5/00.Устройство для регистрации индикаторной диаграммы поршневой машины./Ростовский ин-т инж. ж.-д. тр-та, ЦНИДИ; авт. изобрет. M.ИЛевин, А.С.Петров, Н.Н.Чешков и др. Опубл. в Б.И., 1982, )? 33.

63. Англ.пат.Л 1554500, кл. 6 IN & 01 Р 3/44.Retatiire and su6-cyc£e speed measuzements for internal com6ustion engine diaynosties(United Technologies Corp.) Amstron^ L.R.fioodfriend H.F,опубл. 24.10.79.

64. Заявка ФРГ M 2633908, кл. G Of M \Ъ/00.Prùjverfahren für eine. Нибко£6еп -BreimKraft-mashlne (Siemens A.&.j, Marinier А., олу5л.202. 78.

65. ГОСТ 10578-74. Насосы топливных дизелей. Типы, основные параметры и технические требования.- Взамен ГОСТ 10578-63; Введ. 01.(77.75. 5 с.

66. ГОСТ 20911-75. Техническая диагностика. Основные термины и определения.- Введ. 01.07.76. 14 с.

67. ГОСТ 10150-82. Дизеля стационарные, судовые, тепловозные и промышленные. Общие технические условия.- Взамен ГОСТ 10150-75; Введ. 01.01.84. 24 с.

68. ГОСТ 10448-80. Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Правила приемки, методы испытаний. Введ. 01.01.81. - 16 с.

69. ГОСТ 8.326-78. Метрологическое обеспечение разработки, изготовления и эксплуатации нестандартизированных средств измерения.-Введ. 0I.07.7S. 14 с.

70. Разработка комплекса унифицированных программ моделирования на ЭВМ рабочего процесса дизелей и газовых двигателей для отрасли дизелестроения: Отчет/ЦНИДИ; Руководитель работы О.Г.Красовский 32-733 II ГР 74015584; инв.Л 6433655.-I.: ЦНВДИ, 1975.- III с.

71. Исследование возможности автоматизации диагностирования ДВС по изменениям внутрицилиндровых параметров:Отчет/Рос-товск.ин-т инж.ж.-д.тр-та; Руководитель работы В.Д.Кармин-ский. Т0Тиг1Д-312 ИГР 81084341; инв.Л Б 972502.-Ростов нД: 1980.- 150 с.

72. Создание комплекса для автоматической диагностики дизелей. :Отчет/Ростовск.ин-т инж.ж.-д.тр-та; Руководитель работы В.Д.Кармине кий. Т0ШД-612 Л ГР 81082898; инв.Л 0044753.-Ростов н/Ц:: 1981.- 41 с.

73. Устройство электроизмерительное для диагностики двигателей внутреннего сгорания К748. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.-!.; ВНИИЭП, 1982.- 169 с.Прилозкение IРезультаты расчетов для двигателя 6 ЧН 12/14