автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Разработка методов тестового диагностирования работоспособности систем питания и смазки двигателей внутреннего сгорания

На правах рукописи

ГРИЦЕНКО Александр Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ТЕСТОВОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМ ПИТАНИЯ И СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ НА ПРИМЕРЕ ДВС АВТОМОБИЛЕЙ)

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Челябинск-2014

г I ПАП 2014

005548644

Работа выполнена на кафедре «Эксплуатация машинно-тракторного парка» ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Плаксин Алексей Михайлович

Официальные оппоненты: Адигамов Наиль Рашатович,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технический сервис» ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет»

Соломкин Александр Прокопьевич,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Агроинженерия» ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина»

Храмцов Николай Васильевич,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Строительное производство, основания и фундаменты» ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский

государственный университет» (Национальный исследовательский университет)

Защита состоится «4» июля 2014 г., в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 на базе ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия» http://www.csaa.ru.

Автореферат разослан «25» апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Плаксин

Алексей Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Конструктивное совершенствование мобильных энергетических средств, в частности их основного агрегата-двигателя внутреннего сгорания, направлено на: обеспечение дифференциации величины параметров функционирования механизмов систем в зависимости от изменчивости условий и режимов эксплуатации машин; повышение технического ресурса при использовании машин по назначению в заданных условиях эксплуатации.

Прогрессивное повышение технического и технологического потенциала мобильных энергетических машин, их энергетических установок однозначно предопределено конструктивным усложнением механизмов, прецизионностью изготовления их деталей и параметров функционирования в предусмотренных нормативами режимах и условиях эксплуатации.

В настоящее время стало очевидным, что используемые средства функционального диагностирования механизмов систем, определяющих работоспособность ДВС, мобильных средств, в целом не позволяют с требуемой точностью, достоверностью устанавливать изменения технического состояния и правильность функционирования рабочих процессов ДВС. Поэтому при общем росте технической надежности ДВС лучших образцов автомобилей и тракторов увеличилось количество скрытых отказов сложных технических систем ДВС.

Несоответствие технологической способности методов и средств диагностирования относительно возросшей конструктивной сложности механизмов основных систем ДВС, прецизионности их функционирования при изменчивости режимов и условий эксплуатации автотракторной техники предопределяет снижение эффективности использования потенциала потребительских свойств машин.

Разрешение рассмотренного выше технического противоречия требует разработки новых методов и средств диагностирования, которые по своей технологической способности (точности, достоверности) соответствовали бы требованиям современной и перспективной техники.

Работа выполнена в соответствии со Стратегией машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 г., разработанной в соответствии с Федеральным законом

«О развитии сельского хозяйства» от 29.12.2006 г. № 264, Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы.

Работа выполнена при поддержке грантов Министерства экономического развития Челябинской области.

Цель работы. Повышение эффективности процесса диагностирования систем питания и смазки ДВС на основе реализации новых методов и средств их тестового диагностирования.

Объект исследования. Процессы диагностирования технического состояния механизмов основных систем автотракторных ДВС на тестовых режимах их функционирования.

Предмет исследования. Закономерности изменения параметров технического состояния механизмов систем питания, смазки и управления автотракторных ДВС на тестовых режимах диагностирования, их взаимосвязь с технологичностью средств диагностирования в процессах приема, обработки и использования диагностической информации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. На основе исследования процессов конструктивного совершенствования и функционирования ДВС мобильных энергетических машин, методов и средств диагностирования их технического состояния разработать концепцию совершенствования методов диагностирования систем питания, смазки и управления автотракторных двигателей, обеспечивающих выявление скрытых отказов при тестовом диагностировании работоспособности и правильности функционирования механизмов основных систем ДВС.

2. Разработать математические модели адекватно реальным процессам, описывающие взаимосвязи между параметрами технического состояния систем питания и смазки, их рабочих процессов с технологическими и техническими параметрами методов тестового диагностирования ДВС, технико-экономическими показателями при использовании и обеспечении работоспособности автотракторных средств.

3. Разработать тестовые методы, аппаратные и программные средства, режимы диагностирования технического состояния механизмов системы питания ДВС. Установить диагностические параметры технического состояния механизмов системы питания, их предельные значения.

4. Разработать тестовые методы, аппаратные и программные средства, режимы диагностирования технического состояния механизмов системы смазки ДВС. Установить диагностические параметры технического состояния механизмов системы смазки, их предельные значения.

5. Провести экспериментальные исследования, производственную проверку, оценку эффективности разработанных методов и средств диагностирования, дать рекомендации по их практической реализации.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:

1. Закономерности развития методов, средств диагностирования и их взаимосвязь с параметрами конструктивного совершенствования мобильных энергетических средств. Концепция совершенствования методов диагностирования механизмов систем питания, смазки и управления рабочими процессами двигателей, определяющая первоочередность разработки и реализации процессов их диагностирования на тестовых режимах функционирования ДВС.

2. Методология формирования целевых функций: обеспечения работоспособности машин при использовании внешних и встроенных средств диагностирования; определения вида технического состояния; локализации неисправностей; определения потребности в регулировках; контроля качества технического обслуживания и текущего ремонта машин.

3. Модели: формирования целевой функции по обоснованию методов и средств диагностирования ДВС; эффективности использования данного модуля в диагностировании; частных функций цели и обоснования вида диагностирования; оценки технологичности средств диагностирования.

4. Новые способы и модели технологического процесса диагностирования системы топливоподачи и впуска, модели изменения частоты вращения коленчатого вала ДВС от технического состояния датчиков массового расхода воздуха, электробензонасоса, фильтра и электромагнитной форсунки, методы и средства диагностирования, технологии и алгоритмы.

5. Новые способы и модели технологического процесса диагностирования системы смазки, модели изменения пульсаций давления в центральной масляной магистрали от технического состояния мас-лоприемника, насоса, фильтра, коренных и шатунных подшипников, методы и средства диагностирования, технологии и алгоритмы.

6. Результаты экспериментальных исследований, полученные применением новых методов и средств тестового диагностирования технического состояния основных систем двигателей, алгоритмы реализации процессов приема, обработки и использования диагностической информации.

Практическая ценность работы и реализация ее результатов. Результаты выполненных исследований могут быть использованы научно-исследовательскими институтами, конструкторскими бюро, другими научными и учебными заведениями. Разработанные технологические процессы, средства диагностирования и нормативно-техническая документация обеспечивают возможность полнее использовать потенциал, заложенный в конструкции МЭС, повысить надежность, сократить трудоемкость ремонтно-обслуживаю-щих воздействий, улучшить технико-экономические показатели диагностирования (повысить точность, достоверность, экологичность, увеличить производительность, снизить себестоимость).

Практическое внедрение предложенных разработок осуществлено на СТО «Интервал», «Гарант-Мастер», ООО «Леонар Авто», ООО «Автотехнологии», ООО «Автотехснаб», ООО СВ-Центр, ООО «Автоцентр Керг», ООО «ЮРМА».

Результаты исследований используются в учебном процессе кафедр «Эксплуатация автотранспорта и производственное обучение», «Технологии и организация технического сервиса» и «Эксплуатация машинно-тракторного парка» ЧГАА. Работа выполнялась при поддержке грантов Министерства экономического развития Челябинской области.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях ЧГАА (Челябинск 2002-2014 гг.), III Международной научно-практической конференции «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса» (г. Новокузнецк, 2013 г.), XI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика» (г. Пермь, ПНИПУ, 2013 г.), Международной научно-практической конференции «Транспорт России: проблемы и перспекти-вы-2013» (г. Санкт-Петербург. Институт проблем транспорта РАН им. Н.С. Соломенко, 2013 г.), на совещании главных инженеров, специалистов РУСХ (г. Челябинск, 2013 г.), ГОСНИТИ (г. Москва, 2007, 2013 гг.), БГАУ (г. Уфа, 2009 г.); участие в 2002-м и 2006 годах

в выставках ВДНХ (г. Москва, 2002 г.; серебряная медаль ВВЦ за разработку: учебные стенды для подготовки операторов-диагностов), участие в IV межрегиональной агропромышленной выставке АГРО-2013 (г. Челябинск; диплом и серебряная медаль за разработку: приборы для комплексной и поэлементной диагностики ДВС техники АПК); участие в Российской агропромышленной выставке «Золотая осень-2013» (г. Москва, ВДНХ; диплом и золотая медаль за разработку: приборные средства для комплексного и поэлементного диагностирования систем ДВС).

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 95 научных работ, в том числе 18 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 15 информационных листков, 13 патентов на изобретение, 1 патент на полезную модель, технологические рекомендации, монография, 5 отчетов о НИР.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографии из 432 наименований и приложений. Диссертационная работа изложена на 346 страницах основного текста и включает в себя 28 таблиц, 123 рисунка. Общий объем работы составляет 397 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта прикладная и научная актуальность проблемы, определены направления исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние проблемы и задачи исследований» рассмотрены вопросы: роль мобильных энергетических средств в повышении эффективности реализации производственных процессов; анализ статистических данных числа отказов систем ДВС мобильных энергетических средств; направления и реализация конструктивного совершенствования систем и механизмов ДВС; анализ и синтез методов и средств диагностирования; уровень эффективности технического диагностирования и постановка проблемы.

Конструктивное совершенствование мобильных энергетических средств, в частности ДВС, направлено на повышение эффективности их функционирования при эксплуатации, что предопределило применение новых электрических, электронных и автотронных

систем. С одной стороны, они обеспечивают правильность функционирования основных систем мобильных энергетических средств (МЭС), их ДВС в пределах значимо малого диапазона допустимого изменения параметров технического состояния. С другой—электронные бортовые системы потенциально возможны для использования в качестве встроенных систем диагностирования, что требует разработки новых технологий, алгоритмов и дополнительных средств управления процессом диагностирования.

Непрерывное совершенствование элементов микропроцессорной системы управления двигателем (МСУД) в направлении прецизионности коррекции параметров работы ДВС и их дифференцированное™ предопределяет увеличение разрядности применяемых процессоров обработки данных, число датчиков и исполнительных устройств МСУД.

Быстродействие и уменьшение времени реакции исполнительных элементов МСУД обусловлено изменением режимных и скоростных параметров функционирования ДВС (рисунок 1).

диапазон быстродействия I диапазон в миллисекундах/ быстродействия 3

в наносекундах ч

2 быстродействия в секундах

Г-1-1--- ------- г

диапазон быстродействия в секундах диапазон быстродействия в миллисекундах диапазон быстродействия в наносекундах

■V, год

1 — кривая изменения режимных условий работы ДВС; 2 — кривая корректирующих действий карбюраторных ДВС; 3 — кривая корректирующих действий ДВС, оборудованных электронной системой управления; 4 — кривая корректирующих действий ДВС, оборудованных микропроцессорными системами управления

Рисунок 1 — Зависимость времени корректирующих действий /, с, от изменяющихся режимных условий работы ДВС У, %

Разработка новых методов и средств диагностирования системы питания, а также системы смазки, включая КШМ, должна быть направлена на обеспечение дифференциации величин параметров функционирования механизмов и на повышение технического ресурса в зависимости от изменчивости условий и режимов эксплуатации машин, стабильности величин технических параметров в пространстве.

Разработкам методов и средств диагностирования мобильных энергетических средств посвящены работы В. В. Альта, В.М. Мих-лина, А. П. Соломкина, Н. В. Храмцова, Г. С. Игнатьева, А. В. Нешво-ры, Ю. А. Васильева, Н.Р. Адигамова, А. С. Денисова, А. И. Колчина, Н.С. Ждановского, Е.С. Кузнецова, В.Н. Хабардина, A.M. Плакси-на, В. Н. Козловского, Ю. К. Бобкова и др.

Вопросам проектирования систем диагностирования посвящены работы Л. П. Глазунова, А. Н. Смирнова, И. А. Биргера, А. В. Моз-галевского, А.Н. Койды, П. С. Давыдова, В. В. Карибского, В. Г. Воробьева, С. В. Елесина, Т. М. Бапггы, С. Н. Никифорова, Л. В. Мирош-никова, А. П. Болдина, А. Г. Сергеева и др.

При анализе критериев эффективности ТО и диагностирования выявлено: не учитываются вероятностные и точностные параметры средств диагностирования, их технологическая эффективность во взаимосвязи с выходными диагностическими параметрами систем ДВС; не рассматривается общая эффективность, достигаемая за счет комплексного одновременного применения внешних и встроенных средств диагностирования; не рассматривается экономия затрат на ТО и TP машин в зависимости от оснащенности мобильных энергетических средств средствами встроенного диагностирования.

Научная проблема заключается в необходимости установления закономерности изменения параметров технического состояния механизмов, систем питания, смазки и управления автотракторных ДВС, их влияния на правильность функционирования при изменчивости режимов и условий эксплуатации мобильных энергетических средств, взаимосвязей диагностических параметров с методами и средствами диагностирования при тестовых режимах функционирования ДВС, а также внутренних взаимосвязей в процессах приема, обработки и использования диагностической информации.

Во второй главе «Взаимосвязь параметров процесса диагностирования и функционирования основных систем ДВС, технико-экономические показатели использования мобильных энергетических

средств» рассматривались следующие вопросы: концепция совершенствования методов и средств технического диагностирования основных систем ДВС; модель формирования целевой функции обеспечения работоспособности машин при использовании внешних и встроенных средств диагностирования; модель формирования целевой функции по обоснованию методов и средств диагностирования автотракторных ДВС; определение эффективности использования СТД с учетом их универсальности и многоканальности; расчет эффективности от внедрения встроенного СТД.

Процесс диагностирования является сложным технологическим процессом, в котором одни параметры являются заданными, вторые — управляющими, третьи представляют собой случайные факторы (рисунок 2).

Управляющие параметры

N

СТД

Входные параметры

Заданные параметры

Процесс диагностирования -управляемые параметры

Выходные параметры

Случайные факторы

£>, /, А/, Р„ п„ Э

Затраты ресурсов ЪТ, ТЕ, ТС

Задачи

Технологическая способность: ^цди» Функции цели: 1С, А.% О'

Рисунок 2 — Структурная схема процесса диагностирования

К числу заданных параметров относятся: £доп-допустимое отклонение диагностических параметров ДП (по ТУ); пр - количество диагностических параметров, t0 - min действий при обработке диагностической информации; tn - быстрота подсоединения СТД; i - время подготовки и разогрева СТД.

Управляющими параметрами являются: со - режим работы ДВС (частота вращения); N- нагрузочный режим работы ДВС; А - алгоритм диагностирования; СТД - средство технического диагностирования; tB - время тестового воздействия.

Изменением этих параметров в определенных пределах можно обеспечить необходимые оптимумы по точностным показателям при

диагностировании.

К случайным возмущениям относятся: t° - температура окружающей среды; Е - уровень электромагнитных помех; S - степень влияния на результат диагностирования технического состояния

других узлов и механизмов ДВС.

К управляемым параметрам относят: ид - количество диагностических операций; пн - дополнительное число диагностических параметров нового СТД; пу - число узлов, механизмов, диагностируемых данным СТД; Г-трудоемкость диагностирования; О - ошибки оценки технического состояния; Za - структура диагностических операций.

Качество технологической системы определяют выходные параметры: D - достоверность диагноза; I- информационная емкость; AI- потери информации в процессе передачи, приема и обработки; Р - вероятность выявления неисправностей; пв - число выявленных неисправностей; Э - качественный показатель концентрации выхлопа, а также затраты ресурсов: ЕГ- затраты труда, чел.-ч; ЪЕ - затраты энергии, МДж; 1С-затраты денежных средств, руб.

Критерием обоснования эффективности процесса диагностирования является отыскание таких управляющих параметров для каждой системы автотракторных средств, которые обеспечили бы требуемую достоверность диагностирования при минимально возможных количестве измерений и затратах труда.

Таким образом, можно записать:

Fx = /(Э, AI, YJ^E, £с) min , (1)

F2=f(D, I,PB,nB) -» max .

(2)

Выходные параметры Э, Д I, Д/, Рв, пъ, Т.Т, ЕС, не могут быть равны нулю. Следовательно, на эти выходные параметры накладываются ограничения, которые в обобщенном виде будут выражаться функциями вида

^ = /(Э, А/, £Т, XЕ, Д /, Рв, лв) > 0. (3)

Управляющие параметры должны иметь пределы, значения которых рекомендуются специальными исследованиями и рекомендациями, конструктивными особенностями СТД, обеспечивающими наряду с необходимостью достижения поставленной цели эксплуатационную надежность и долговечность СТД, т.е. на управляющие параметры также Накладываются ограничения. Выходной задачей является определение показателей технологической способности и функций цели.

Современный уровень конструктивного совершенствования систем ДВС идет со значительным опережением по отношению к конструктивному совершенствованию СТД (рисунок 3).

1,2, 3 — показатели конструктивного совершенствования систем ДВС,

перспективных СТД, традиционных СТД; ААГр АКи — превышение конструктивного уровня совершенствования систем ДВС над уровнем конструктивного совершенствования перспективных СТД в момент времени и /2; АКГ АК^ — превышение конструктивного уровня совершенствования перспективных СТД над уровнем конструктивного совершенствования традиционных СТД в момент времени и /2; ДАТ3, уровень конструктивного совершенствования

традиционных СТД в момент времени Г, и /2

и

Рисунок 3 — Зависимость конструктивного совершенствования систем ДВС и средств технического диагностирования К от времени /, лет

На рисунке 3 видно, что к моменту временного интервала tl показатель конструктивного совершенствования систем ДВС достигнет уровня К{, а к моменту времени /2 - К2. Причем если использовать методы и средства диагностирования традиционные (кривая 3), то показатели К^, Кш, Кт и вероятность вьмвления неисправностей Рв будут на низком уровне. Использование же перспективных методов и средств диагностирования (кривая 2) позволяет повысить показатели контролепригодности и вероятность вьмвления неисправностей.

Вероятность выявления неисправностей в случае регулярного процесса:

Рв=(1-5)-а.Гд, (4)

где а = 1/(Гд0 +ТД) - коэффициент пропорциональности, определяющий суммарную трудоемкость диагностирования при использовании существующей и новой технологий, 1/чел.-ч;

Т - трудоемкость диагностирования, включая поэлементную, новыми методами и средствами, чел.-ч;

Т -трудоемкость диагностирования по существующей технологии, чел.-ч.

Технологическую эффективность методов и средств диагностирования можно выразить коэффициентом технологической эффективности:

этс = ^дци ■ ^ПП ■ ^ГП '

где Хцт - коэффициент полноты диагностической информации;

Кш - коэффициент полноты проверки;

Кт - коэффициент глубины проверки.

Подставляя данные для различных СТД в выражения (4) и (5), построим графики зависимостей (рисунок 4).

Для оптимизации процесса диагностирования найдем математическое описание затрат на приобретение, установку и эксплуатацию внешних и встроенных СТД, а также по параметрам, учитывающим неправильное применение СТД. В совокупности это суммарные заводские затраты ресурсов (при эксплуатации мобильных энергетических средств): 1С, чел.-ч-руб. (рисунок 5).

Р.

1

0,8 0,6 0,4

0,2 - -

Рв=(1-5)аГд

т

0,8 0,6

0,4

2 а

3 ВидСТД

цди "пп лгп

№

ВидСТД

б

1 — манометр и имитатор ЭМФ; 2 — догружатель с ручным режимом проведения тестовых воздействий; 3 — догружатель автоматический

Рисунок 4 — Зависимости вероятности выявления неисправностей системы топливоподачи Рд от вида СТД (а) и коэффициента технологической эффективности методов и средств диагностирования системы топливоподачи Этс от вида СТД (б)

Входные параметры процесса диагностирования, ТО и Р, обусловленные применением внешних и внутренних СТД

*вн (ШД ✓"»'ОТ ^вн пип рУПО 'вн -►I уУПО 'вн пип ✓-ТУПО ^вн —» пип ,ПЗР 'вн пип х-»ПЗГ ьвн пип пип »ОП °вн пип ^вн тах "вн твн тах Лпп 'вн пип рпп 11!) -.1 вн пип

/ЧЗТ •вс пип ✓-»чэт ^вс пип рУПО ВС —»1 лУПО 'вс —> пип Х-ТУПО свс пип .пзг 'вс пип ^»гар ВС Ш1П ✓*»оп ^ес —► пип 1.0П ПИП ¿'вс тах "вс "»ВС тах 'вс пип р!Ш * ВС -.1 .оПП ВС пип

* * , * * *

^Г* — __ рУпоЧ.упо'у'Г'™0 -1-/1 _ Р™^/У"0^Г*1

¿^ ~ 'вн "™вс ВС ~М1 вк /'вн ¿^вн ■'■I1 ВС I ВС ¿¿"-в

у-1 у-1

* *

^оп Чг1 !ОП г он

вн вс

•упо , •вс +

пзр " гар * '

''вн"внтан ВС' ПП' -

™вс

—ГП1П

.ГШ ^'вн

'(1-е) с;

«пп 'вн

(6)

Выходные параметры процессов Д, ТО и Р

'внТ ~~ трудоемкость применения внешних СТД, чел.-ч; Свн - затраты

при применении внешних СТД подпараметру на /-операции, руб.; ,чзт _ трудоемкость диагностирования при использовании встроенных СТД, чел.-ч; - затраты, складывающиеся из стоимости встроенных СТД и их установки, руб.; Р™, - вероятность безотказной работы и средняя трудоемкость устранения последствий отказов, обнаруженных внешними СТД, чел.-ч; С™ - затраты при устранении последствий

отказов, обнаруженных внешними СТД, руб.; Г™ - вероятность безотказной работы элементов ДВС при использовании встроенных СТД; ,упо -трудоемкость устранения последствий отказов при использовании

встроенных СТД, чел.-ч; - затраты при использовании встроенных

СТД, руб.; СцЦг - затраты на подготовительно-заключительные ручные

работы по ТО при использовании внешних СТД, руб.; (¡£р -трудоемкость

подготовительно-заключительных работ при использовании внешних СТД,

чел.-ч- С™ - затраты по подготовительно-заключительным ручным ' ВС * ПЗР

работам ТО при использовании встроенных СТД, руб.; /вс -трудоемкость

подготовительно-заключительных работ ТО при использовании встроенных

СТД, чел.-ч; С™ - суммарные затраты по каждому обобщенному

/-параметру при использовании внешних СТД, руб.; -трудоемкость

по каждому обобщенному /-параметру при использовании внешних СТД, чел.-ч; 5ВН - срок службы внешних СТД, лет; явн - суммарное число подсистем машин, которым выполняют (-операции внешними СТД, шт.; тт - среднее число /-операций за год, выполняемых внешними СТД, шт.;

С^с - суммарные затраты по каждому обобщенному /-параметру при использовании встроенных СТД руб.; -трудоемкость по каждому

обобщенному /-параметру при использовании встроенных СТД, чел.-ч; 5ВС -срок службы встроенных СТД, лет; ивс - суммарное число подсистем машин, которым выполняют /-операции встроенными СТД, шт.; твс - среднее число /-операций, выполняемых встроенными СТД за год, шт.; 'вн -трудоемкость устранения последствий отказов при использовании

внешних СТД, чел.-ч; Р™ - вероятность правильного применения внешних СТД; С™ - средние издержки при неправильном применении

внешних СТД, руб.; г™ -трудоемкость устранения последствий отказов при использовании встроенных СТД, чел.-ч; Р™ -вероятность правильного применения встроенных СТД; с£? - средние издержки

при неправильном применении встроенных СТД, руб.

Рисунок 5 - Модель формирования целевой функции обеспечения работоспособности машин при использовании внешних и встроенных средств диагностирования

Другой комплексной целевой функцией, позволяющей учесть достоверность и точность процесса диагностирования, а также экономические показатели, является функция снижения удельных затрат на ТО и Р по отдельным функциям диагностики (7).

Целевая функция суммируется из четырех составляющих (функций):

= Л?вид + Млок + Д5реГ + А50та, (7)

где Д5 — снижение удельных суммарных затрат на ТО и ТР за счет определения вида технического состояния автомобиля, чел.-ч-руб.;

Л£ло1. — снижение удельных суммарных затрат на ТО и ТР за счет уточнения неисправностей, чел.-ч-руб.;

АШ^ — снижение удельных суммарных затрат на ТО и ТР за счет определения потребности в регулировке, чел.-ч-руб.;

Д^ - снижение удельных суммарных затрат на ТО и ТР за счет контроля качества выполненных работ по ТО и ТР, чел.-ч-руб.

В частности целевую функцию в развернутом виде можно записать:

V 1=1 ) м м

V /=1 ы\ ) м

т ( п I \

хргРгО + гЁХ;- к+£г,+£г4 -а^-Д (8)

7=1 V /=1 *=1 )

где т\—тарифная ставка, руб.;

И—достоверность диагностирования;

— трудоемкость регламентного обслуживания, на считывание и расшифровку неисправностей и общего диагностирования, чел .-ч; X. — интенсивность потока отказов, шт.;

Рр Рн—вероятность возникновения неисправностей и суммарная вероятность появления нераспознаваемых данным СТД неисправностей объекта;

(к—трудоемкость поэлементного диагностирования, чел.-ч; Т^рем ^ -рРЕГ _ трудоемкость ремонта и регулировки, чел.-ч;

р. - вероятность устраненияу'-й неисправности путем регулировки на СТД;

/ -трудоемкость операции по устранению неисправности, чел.-ч; а - вероятность некачественного устранения у'-й неисправности.

По результатам расчета моделей (6) и (8) для следующих СТД: проливочный стенд «Форсаж», манометр и имитатор ЭМФ, догружа-тель с ручным режимом проведения тестовых воздействий, догружа-тель автоматический - получены следующие графики (рисунок 6 а, б).

ЕС 14000000 12000000 10000000 8000000 6000000 4000000 2000000 о

I

ДЛ'у 0.5

0,4

0,2

1 2 3

Метод и средство

2 3

Метод и средстао

1 — догружатель автоматический; 2 - догружатель с ручным режимом проведения тестовых воздействий; 3 - манометр и имитатор ЭМФ;

4 — проливочный стенд «Форсаж»

Рисунок 6 - Зависимости а - суммарных затрат ЕС, чел.-чруб., рассчитанных по модели (6) для различных СТД системы тогшивоподачи; б - затрат Д^у, чел.-ч руб., рассчитанных по модели (8)

Из графиков (см. рисунок 6 а, б) следует, что наименьшие затраты характерны для автоматических средств либо средств с полуавтоматической реализацией процесса диагностирования.

Определение комплексной эффективности универсального средства диагностирования затруднено в силу неравномерности использования его отдельных модулей. При этом эффективность использования каждого модуля СТД различна и зависит от числа отказов данной системы, частоты диагностирования данным модулем, стоимости услуги диагностирования, трудоемкости диагностирования. Таким образом, эффективность использования каждого /-го модуля данного универсального СТД определяется по формуле, руб./руб.чел.-ч:

П

П

ШГ

1=1

/=1

Сч-А- -Р- 2Р/-У/ '

л Л ( п \ ( п

ще Ц;у — стоимость отдельных модулей данного диагностического средства, руб.;

Сч— стоимость часа работ по диагностированию, руб.;

А — количество МЭС, заезжающих для проведения диагностических работ, шт.;

г/ — процент отказа данной системы или узла МЭС, %;

Р - количество заездов МЭС в год с отказом данной системы или узла, шт.;

р., у(. — повторность измерения данных диагностических параметров: для универсального диагностического средства и при уточнении диагноза другими СТД аналогичного назначения, шт.;

Л - трудоемкость диагностирования данной системы или элемента универсальным СТД, чел.-ч.

Наибольшую эффективность будет иметь СТД, максимально универсализированное и автоматизированное.

В третьей главе «Разработка тестовых методов и средств диагностирования системы питания ДВС» представлены: алгоритм разработки тестовых методов и средств диагностирования системы питания автотракторных ДВС; методика и результаты экспериментальных исследований способов и средств диагностирования системы питания ДВС.

Процесс топливоподачи и воздухоподачи рассматривался последовательно прохождению топлива и воздуха через отдельные элементы систем.

Для системы топливоподачи (СТ) получена расчетная математическая модель, позволяющая исследовать взаимосвязь от изменения технического состояния отдельных элементов СТ:

п,

Рт ) 1

шах

8,3-Гз •^•/•ецшах-у^ 10"3-/-еЦтах-

тт

тах

тш

где К- коэффициент запаса производительности; I — число цилиндров двигателя, шт.;

О - максимальная цикловая подача при максимальной частоте вращения двигателя, см ;

т - длительность импульса при максимальной цикловой по-

шах

даче, с;

Т . - минимальный период следования цикловых подач, с; „- - максимальная частота вращения коленчатого вала двига-

шах

теля, мин-1;

30 л/ч - минимальный расход через редукционный клапан, при котором устойчиво поддерживается постоянное давление топлива в системе;

V- объем рампы и топливопроводов, заполненный топливом, которое находится под давлением, л;

цф - коэффициент расхода форсунки; / - выходное сечение форсунки, м2; Рк- противодавление впрыску, МПа; Р0—давление в топливной рампе, МПа; 1р — время выработки топлива форсунками, с; Гз - время заполнения топлива ЭБН, с. Полученная математическая модель (10) позволяет установить взаимосвязь максимально возможной частоты вращения на одном цилиндре с техническим состоянием отдельных элементов СТ.

Изменение пропускной способности ЭМФ ц/бензинового ДВС во времени г, с, под действием электромагнитного импульса С/, В, на всех трех этапах работы ЭМФ представлено на рисунке 7.

Движение иглы вверх при открытии ЭМФ происходит под действием ряда сил: тяговой силы электромагнита силы предварительного сжатия пружины Епрс, силы давления топлива на иглу силы тяжести mg и силы трения Ртр.

Равнодействующая всех сил, действующих на иглу ЭМФ, описывается уравнением:

Р = (11)

где р - 9:1 в2Б - тяговая сила электромагнита, Н; " Но

ц0 - магнитная проницаемость в вакууме;

В — магнитная индукция, Тл;

5—площадь поперечного сечения запорной иглы, м2; Fпpc — сила предварительного сжатия пружины, Н; к — коэффициент жесткости пружины, Н/м; х — перемещение иглы ЭМФ, м; Р—давление топлива в рампе, Па; .Рр- сила трения, Н; т — масса иглы, кг;

g — ускорение свободного падения, м/с2.

\lf, мм

над

"КО

и, в

t, С

—время открытия иглы ЭМФ, с; 'имп — время действия электромагнитного импульса, с; t2 — время полного открытия иглы ЭМФ, с; t} — время закрытия (опускания) иглы ЭМФ, с; I этап — увеличения пропускной способности ЭМФ; II этап — постоянства пропускной способности ЭМФ; III этап— уменьшения пропускной способности ЭМФ

Рисунок 7 — Изменение пропускной способности ЭМФ ^бензинового ДВС во времени t, с, под действием электромагнитного импульса U, В

После преобразования (11) на первом и третьем этапах получим:

2-т

х-. -

F^+SP-F^-mg

+ к

2-т

t} t

тр

+к

(12)

Ч 'з

где — время открытия ЭМФ, с;

<3 — время закрытия ЭМФ, с.

Время открытия ЭМФ включает в себя время трогания иглы измеряемое от момента подачи напряжения на обмотку до момента начала движения иглы и время движения иглы /д. Следовательно, время открытия форсунки описывается уравнением:

+

2 Ху-т

(13)

— Н^прс**-*)-^-^-««

где со — число витков, шт.; I—сила тока в обмотке, А;

Я - активное сопротивление обмотки электромагнита, Ом; /т—ток трогания подвижной системы, А; /у - установившееся значение тока в обмотке, А; г - средний радиус катушки, м. Второй этап работы электромагнитной форсунки характеризуется неизменной пропускной способностью во времени. Время полного открытия форсунки описывается уравнением:

Время закрытия форсунки при отключении обмотки от источника питания слагается из времени спадания магнитного потока /сп, отсчитываемого от момента разрыва цепи обмотки до момента трогания запорной иглы, и времени возвратного движения запорной иглы t :

где *Ру - потокосцепление обмотки при установившемся токе, Вб;

- потокосцепление, соответствующее току трогания при отпускании, Вб;

Я - сопротивление короткозамкнутой обмотки, Ом. Общий расход топлива за цикл работы форсунки на трех этапах ее работы определяется:

Ообщ = • /ср1 • '1 + • Л • ('имп - ) + • Лрз ■ 'з ] • ^2АР/р , (16)

где р.,, р2, ц3 - коэффициенты расхода ЭМФ на трех этапах;

Л рЛ'/ср-, - средняя площадь сечения распылителя ЭМФ на трех этапах, м2;

Ь ~ *имп Ч ■

(14)

вд

АР - разность давления топлива в рампе и впускном коллекторе, Н/м2;

р — плотность топлива, кг/м3.

Техническое состояние ЭБН предлагается определять по отношению частот вращения нового ДВС и реального (диагностируемого), данное отношение позволяет определить степень уменьшения подачи диагностируемого насоса, а в конечном итоге износ диагностируемого насоса. Другим чувствительным диагностическим параметром к определению технического состояния ЭБН является снижение максимально возможной частоты вращения коленчатого вала ДВС из-за выработки топлива при проверке работы ЭБН с меньшим напряжением питания.

Диагностирование пропускной способности ЭМФ необходимо вести как минимум на двух режимах работы двигателя при малых и больших подачах топлива: при 25 % открытия дроссельной заслонки для оценки изменений пропускной способности, вызванных изменением времени (открытия, закрытия) ЭМФ; при 70% открытия дроссельной заслонки для определения изменения пропускной способности ЭМФ при полном поднятии иглы.

Для проведения экспериментальных исследований по диагностированию механизмов системы питания и смазки был разработан комплекс диагностических средств: установка и устройство для диагностирования датчиков массового расхода воздуха на автомобиле. Отключа-тель электромагнитных форсунок содержит компьютерное устройство, на которое установлен интерфейс диагностической программы.

Проведенные испытания датчиков показали, что семь датчиков из общей выборки являются неисправными. По результатам испытаний построена зависимость разности выходного напряжения с эталонного и диагностируемого датчиков АС/, В, от процента поворота дроссельной заслонки, % (рисунок 8).

Как видно из рисунка 8, практически все неисправные ДМРВ при испытаниях показали значительный рост величины относительного напряжения. При этом в практике эксплуатации достаточно провести оценку ДМРВ в нескольких контрольных точках (достаточно двух-трех), чтобы сделать вывод о техническом состоянии ДМРВ.

Экспериментальное исследование изменения пропускной способности ЭМФ проводилось при условиях: диагностический режим при частоте вращения коленчатого вала ДВС п - 2200 и п = 2900 мин-1; загрузка одного работающего цилиндра осуществлялась мощностью механических потерь трех других (2, 3,4 цилиндры выключены); первый цилиндр работает при открытии дроссельной заслонки на 25 и 70%.

По полученным экспериментальным данным были построены зависимости изменения частоты вращения коленчатого вала ДВС п, мин"1, от пропускной способности ЭМФ р/,%, на режиме открытия дроссельной заслонки 25 и 70% (рисунок 9 а, б).

Л и, В 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1.5 1

0,5 0

/ У

/

У*

/ — <-1

/—

—•

-Рвд1 - Р*д2 -РадЗ -Рад4 -Рад5 -Рцдб -Ряд7 -Рдд8 -Рад9 -РадЮ

10 20 30 40 50 60 70 80 90 %

Ряды 1,2, 3,4, 5,6, 7, 8, 9, 10 - номера испытуемых датчиков

Рисунок 8 - Зависимость разности выходного напряжения с эталонного и диагностируемого датчиков АС/, В, от процента поворота дроссельной заслонки, %

<м5

2 495х И? 244x11?

г.ЗЗхК? 2 275x10^ 2.22x1 2.165x1ц1 2.11x1^ 2 055Х103

2x1а3

И

-А-

-4 8-3 6-2.4-1 2 0 1 2 24 3« 4.1 И

ЛИ

3.44x11] 3.28x10 3 11« И 2.96хК <||) 2 8х1[ 2.64x1! 2.48х 2.32x10' 2.1бх 2x10'

■ ; : : :

.........£.........1...............

.

5/1 М 1 .....7"......1 1 !

... ^ : ! /

\

\ ¡!

у ■: 111

......| У !

■■••! А -1....... .......; ....... ;•------1.....

1/1.1 ......./...... :

-/).......}........(....... .........М........{........{■-"}.....-

б -4.8-3.6-2.4- 1.2 0 1.2 2.4 16 4.8

1»

б

рГ,«

Рисунок 9 - Зависимость изменения частоты вращения коленчатого вала ДВС п, мин"1, от пропускной способности ЭМФ ц/,%, на режиме открытия дроссельной заслонки: а — 25 %; б - 70 %

Для испытания электробензонасоса (на определение пониженной подачи топлива) производилось выключение: 1) топливоподачи; 2) искрообразования полностью во все цилиндры, кроме одного, и при максимальной подаче топлива. При этом записывалась частота вращения коленчатого вала ДВС (рисунок 10 а).

я, мин 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

N

\

л, мин"'6000 5000

-Ряд1 4000

-Ряд2 зооо

2000 1000 0

и у*

я"

-Ряд1

-РядЗ

40 60 70 80 %

8 10 12 14 Ч, В

Ряд 1 — при отключении искрообразования; ряд 2 — при отключении топливоподачи

Ряд 1 —технически исправный ЭБН;

ряд 2 — на 40 % сниженная производительность ЭБН; ряд 3 — на 50% сниженная производительность ЭБН; ряд 4 — на 70 % сниженная производительность ЭБН

Рисунок 10 — Экспериментальные зависимости максимально развиваемой частоты вращения ДВС и, мин-1, от степени износа ЭБН <Ь,% (данные при напряжении питания ЭБН ¿7=14 В) (а) и максимально развиваемой частоты вращения ДВС и, мин-1, от напряжения питания ЭБН V, В (б)

Для исправного ЭБН значение частоты вращения коленчатого вала ДВС при выключении подачи топлива всегда меньше, чем для случая выключения, искрообразования.

Далее проводили испытания ЭБН при различных значениях напряжения питания электробензонасоса в пределах 4—14 В (рисунок 10 б).

Эти исследования послужили основой для разработки методов и средств диагностирования элементов системы питания ДВС № 2009123798, № 2012109956, № 2011139078, № 2011139288, №2010144757.

В четвертой главе «Разработка тестовых методов и средств диагностирования системы смазки двигателей внутреннего сгорания» рассматривались следующие вопросы: алгоритм разработки тестовых методов и средств диагностирования системы смазки автотракторных ДВС; методика и результаты экспериментальных исследований способов и средств диагностирования системы смазки ДВС.

Отдельные элементы системы смазки рассматривались последовательно процессу прохождения через них масла.

Заданный уровень нагрузки на двигатель обеспечивался путем отключения трех цилиндров и загрузки оставшегося в работе одного цилиндра отключением каждого второго импульса форсунки или свечи зажигания при полностью открытой дроссельной заслонке на минимально возможной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Основным прибором, обеспечивающим режимы нагружения подшипников КШМ, является отключатель электромагнитных форсунок (догружатель двигателя). Для измерения пульсаций давления использовался датчик Д06М-3(У2), имеющий рабочий диапазон измерений 0,06-0,6 МПа, с цифровым тензоусилителем с коэффициентом усиления 1000. В центральной масляной магистрали при помощи приборных средств измеряли осциллограмму давления.

При экспериментальных исследованиях коренных подшипников (на ДВС ЗМЗ-4062) была получена зависимость разности минимальных амплитуд давления А-Аг МПа, двух соседних циклов при работе первого цилиндра (2, 3, 4-й отключены) через цикл, с нагрузкой и без нагрузки от технического состояния первого коренного подшипника (величины зазора ZK, мм) при частоте вращения коленчатого вала двигателя п = 880 мин-1, которая описывается полиномом:

ZK = 1,961-Ю5 ■ (Л2 -А)'- 7,725 • 103 х х(Л2 —Ау)2 +97,548 (^42 - Л,) —0,28, (17)

где A2-Ai - разность минимальных амплитуд давления двух соседних циклов при работе первого цилиндра (2, 3,4-й цилиндры отключены) через цикл, с нагрузкой и без нагрузки, МПа;

ZK — зазор в коренной шейке, мм.

Проведенные экспериментальные исследования по другим подшипникам показали адекватность применимости выражения (17) к любым коренным подшипникам данного двигателя.

При проведении экспериментальных исследований по определению связи технического состояния шатунных подшипников с величиной сигнала давления было выявлено, что наиболее чувствительным режимом, на котором влияние технического состояния шатунных подшипников максимально, является режим при частотах вращения коленчатого вала для двигателя ЗМЗ-4062 п = 1300-1950 мин-1 и нагрузке для первого цилиндра - 2, 3, 4-й цилиндры выключены, первый цилиндр работает при загрузке мощностью механических потерь трех других цилиндров. При этом оценочньм показателем принималась минимальная амплитуда давления в момент такта сгорания при работе цилиндра под максимальной нагрузкой.

По данным многофакторного эксперимента были построены зависимости минимальной амплитуды давления в момент такта сгорания от технического состояния коренного и шатунного подшипников на выбранных режимах диагностирования, представленные на рисунке 11.

Ряд 1 при ¿щ = 0,05 мм и ~ 0,09 мм; ряд 2 при = 0,10 мм и 2К = 0,09 мм; рядЗ при ^ = 0,05 мм и 2^. = 0,12 мм; ряд 4 при ^, = 0,10 мм и гк = 0,12 мм; ряд 5 при 2щ = 0,05 мм и ^ = 0,15 мм; ряд 6 при 2щ = 0,10 мм и ^ = 0,15 мм

Рисунок 11 - Зависимость минимальной амплитуды давления Р, МПа, от частоты вращения коленчатого вала двигателя п, мин-1

При анализе полученных зависимостей на рисунке 11 установлено, что суммарное влияние технического состояния коренной и шатунной шейки характеризуется нарушением линейности роста давления. Причем с ростом зазоров в коренной и шатунной шейке при их взаимном влиянии увеличивается диапазон нелинейности давления.

По данным многофакторного эксперимента было получено общее уравнение регрессии, связывающее максимум нелинейности с величиной зазора в коренной и шатунной шейке:

гш = (243,889 • - 68,217 • гк + 4,97) • АР -

-{34,Ш-г1 -8,076- 2К +0,467), (18)

где АР — максимум нелинейности давления, МПа;

- зазор в коренной шейке, мм;

— зазор в шатунной шейке, мм.

Проведенные теоретические, лабораторные и эксплуатационные испытания позволили разработать новые средства, методики и алгоритмы диагностирования бензиновых и дизельных ДВС по параметрам пульсации давления в центральной масляной магистрали, которые защищены патентами № 2007115357, № 2008146428, № 2009113226, № 2009123745, № 2009123720, № 2010124493, №2011141374.

В пятой главе «Эффективность реализации тестовых методов и средств диагностирования ДВС» представлены: алгоритмы и технологии тестовых методов диагностирования основных систем ДВС; эффективность реализации разработанных тестовых методов и средств диагностирования; экономическая эффективность реализации разработанных методов тестового диагностирования системы питания; экономическая эффективность реализации разработанных методов тестового диагностирования системы смазки.

Анализ показателей оценки существующих и разработанных способов и средств диагностирования базировался на моделях, разработанных во второй главе. Результаты расчета показателей оценки существующих и разработанных способов и средств диагностирования системы топливоподачи представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели оценки существующих и разработанных способов и средств диагностирования системы топливоподачи

Название и марка СТД Стоимость СТД Диагностируемые системы SC, 2Свс, 2СВД, чел.-ч руб. дS, чел.-ч-руб. D Г Т,ч •^ПДЯ ^гп Кис

1. Стенд «Форсаж» 50 000 Только ЭМФ 2Свс = 0, ЕСВН= 1,169'Ю7 AS^ 0,416 D = 0,9 0,2, 1,25 0,6, 0,6 0,6 1,0

2. Манометр и имитатор форсунок 15 500 Система топливоподачи 2Свс = 0, ЕСвн = 4,13-106 ASfl = 0,387 £> = 0,7 0,2, 1,10 0,6, 0,6 0,6 1,0

3. Отключатель ЭМФиСЗ встроенный 25 000 Система топливоподачи 2СВ„ = 0, ЕСвс = 2,43-106 ASfl = 0,169 D = 0,9 0,05, 0,5 0,9, 0,9 0,9

4. Отключатель ЭМФиСЗ с автоматическим тестированием, встроенный 35 000 Система топливоподачи £СВН = 0, £Свс = 3,947-Ю4 ASfl = 0,035 Z> = 0,9 авто 0,9, 0,9 0,9

Аналогичные высокие показатели технологической способности разработанных способов и средств получены для ДМРВ, системы смазки. В среднем разработанные диагностические средства позволяют повысить показатели контролепригодности: время поиска неисправностей Г уменьшить в 1,2...5 раз; время подготовки МЭС к диагностированию заданным числом специалистов Гв уменьшить в 1,2...7 раз; коэффициент полноты диагностической информации К1ЩЛ, коэффициент полноты проверки исправности Кш и коэффициент глубины поиска дефекта АТга увеличить на 10...60%; коэффициент использования специальных средств диагностирования Ккс снизить за счет использования разработанных специальных СТД на 20...30%.

Разработанные способы и средства тестового диагностирования при реализации в производственных условиях подтвердили высокую технологическую способность при определении технического состояния механизмов систем питания, смазки и управления, а также при практической реализации результатов исследования подтвердили преимущество, оценивая технико-экономическими показателями, разработанных методов и средств диагностирования по сравнению с существующими.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Конструктивное совершенствование автотракторных ДВС направлено на обеспечение дифференциации величины параметров функционирования механизмов систем питания и смазки в зависимости от изменения режимов и условий эксплуатации, что обусловило повышение прецизионности изготовления деталей, уменьшение допусков на отклонение параметров рабочих процессов и применение микропроцессорных систем управления. Однако современные методы и средства диагностирования технического состояния механизмов и систем, определяющих работоспособность и правильное функционирование рабочих процессов ДВС, не позволяют с требуемой точностью, достоверностью устанавливать их ухудшение, что увеличивает количество скрытых отказов (ГОСТ Р 53480-2009), снижает эффективность использования мобильных энергетических средств.

2. Определяющим направлением развития методов диагностирования систем новых и перспективных моделей ДВС является

разработка и реализация дифференцированных тестовых режимов их диагностирования, обеспечивающих высокую технологическую способность средств диагностирования технического состояния механизмов и точность функционирования процессов в системах ДВС.

Тестовое воздействие заключается в изменении нагрузочного режима работы ДВС путем частичного и полного прекращения подачи топлива или искрообразования в цилиндрах ДВС. Возникающие при этом отклонения параметров рабочих процессов от номинальных значений (частота вращения коленчатого вала, разница амплитуд давления, разница напряжений и др.) приняты в качестве диагностических параметров, которые однозначно с высокой чувствительностью отражают техническое состояние элементов систем ДВС (структурные параметры).

3. Методологической основой обоснования и реализации тестовых процессов, аппаратных и программных средств диагностирования технического состояния и правильного функционирования автотракторных ДВС являются математические модели, описывающие взаимосвязи между параметрами технического состояния механизмов систем питания и смазки, их рабочих процессов с технологическими, техническими параметрами методов и средств тестового диагностирования ДВС, технико-экономическими показателями при использовании и обеспечении работоспособности машин. В частности, дано аналитическое описание:

- затрат на приобретение, установку и эксплуатацию внешних и встроенных СТД с учетом их совместного использования, позволяющих обосновать структурную модель оснащения процессов диагностирования автотракторных двигателей внешними и встроенными средствами диагностирования;

- взаимосвязи методов и средств тестового диагностирования с вероятностью выявления скрытых отказов, алгоритмом и параметрами правильного функционирования систем ДВС на основе показателей технологичности процесса диагностирования (ЛГ^, АГШ, ЛГга);

- комплексной целевой функции на основе критерия минимума удельных суммарных затрат, позволяющей с учетом достоверности и точности диагностирования, универсальности и многоканально-сти СТД оценить эффективность его основных функций: определения вида технического состояния; локализации неисправностей; потребности в ТО и ТР; функции оценки качества работ по ТО и ТР, выполненных по результатам диагностирования.

4. Установлены тестовые режимы, разработаны аппаратные и программные средства диагностирования механизмов систем питания ДВС, диагностические параметры их технического состояния, обеспечивающие высокую точность и достоверность процесса диагностирования.

Датчики массового расхода воздуха:

-диагностический режим обеспечивается полной подачей воздуха при отключении трех цилиндров и дозагрузкой работающего цилиндра пропусками циклов топливоподачи и искрообразования на установке с последовательной подачей воздуха;

-диагностическим параметром технического состояния ДМРВ является разность величины напряжения, снимаемого с диагностируемого и эталонного ДМРВ. Разности величин напряжения определяются при подсоединении выводов ДМРВ в мостовую схему и мгновенном измерении диагностического параметра. Предельным значением диагностического параметра является разность напряжений в пределах АС/=±0,26 В.

Электрические бензонасосы:

- режимом диагностирования является работа двигателя на одном цилиндре (4-цилиндровый ДВС) путем прекращения подачи топлива или искрообразования в три цилиндра отключателем электромагнитных форсунок при максимально возможной подаче топлива в работающий цилиндр;

- диагностическим параметром является разность величин частоты вращения коленчатого вала ДВС при отключении топливоподачи или искрообразования. Предельной величиной диагностического параметра является Ап = 600 мин"1 (при 40%-ном износе ЭБН коэффициент запаса ЭБН снижается на 1,4).

Топливный фильтр:

- режим диагностирования обеспечивается работой ДВС при максимальной подаче топлива и номинальной частоте вращения коленчатого вала ДВС;

- диагностическим параметром технического состояния топливного фильтра является перепад давления на фильтре величиной АР = 0,1 МПа, что предопределяет изменение тока питания ЭБН (ДВС ЗМЗ-4062 от 5,5 до 6,5 А). Предельное значение диагностического параметра - превышение на 25-30 % величины тока питания ЭБН.

Электромагнитные форсунки:

— режим диагностирования обеспечивается 25 и 70% открытием дроссельной заслонки, отключением трех цилиндров и установкой максимально возможной подачи топлива в работающий цилиндр;

— диагностическим параметром является разность частоты вращения коленчатого вала ДВС Ли = пт — пт. Установлено: работа цилиндра при впрыске ЭМФ с номинальной пропускной способностью (н/) осуществляется с лн1 = 2360 мин-1 (при а = 1,17 для 25% открытия дроссельной заслонки). При предельном изменении пропускной способности форсунок ц/ = -6%...+6% изменение частоты вращения коленчатого вала составляет Ап = 420 мин-1; при ц/ = 0.. .-6 % частота вращения коленчатого вала снижается на величину Ап = 260 мин-1; при ц/" = 0...+6% частота вращения коленчатого вала повышается на величину Ап = 160 мин-1;

— работа цилиндра при впрыске ЭМФ с номинальной пропускной способностью и 70 % открытая дроссельной заслонки осуществляется с = 2900 мин"1 (при а = 0,95). При предельном изменении пропускной способности форсунок \1/= -6%...+6% изменение частоты вращения коленчатого вала составляет Ап = 1440 мин-1: при

= 0.. .-6 % частота вращения коленчатого вала снижается на величину Ап = 800 мин-1; при р/= 0...+6% частота вращения коленчатого вала повышается на величину Ап = 640 мин-1.

5. Установлены тестовые режимы, разработаны аппаратные и программные средства диагностирования механизмов систем смазки ДВС, диагностические параметры их технического состояния, обеспечивающие высокую точность и достоверность процесса диагностирования:

Маслоприемник:

— диагностирование осуществляется при частоте вращения коленчатого вала двигателя п = 2700 минг1 и использовании комплекса для диагностирования КШМ и механизмов системы смазки;

— диагностическим параметром является давление в центральной масляной магистрали при заданной тестовой частоте вращения коленчатого вала двигателя. В частности, при п = 2700 мин-1 Р < 0,3 МПа, что соответствует предельной величине давления масла, определяемой разрывом масляной пленки.

Масляный фильтр:

— режим диагностирования задается частотой вращения коленчатого вала, при которой обеспечивается постоянный перепад давления масла АР = 0,01-0,15 МПа на фильтре; мгновенно и кратко-

временно (t < 0,8-1,0 с) перекрывается сечение маслопровода после фильтра; формируется гидравлический удар. Измеренная величина перепада давления, его изменение на фильтроэлементе, его знак характеризуют степень загрязнения фильтроэлемента;

- диагностическим параметром является величина перепада давления, измеренная на фильтроэлементе в момент формирования гидроудара при кратковременном перекрытии масляной магистрали после фильтра. Предельным значением загрязнения фильтроэлемента является АР = 0 при (/ > 0,4 с).

Коренные подшипники:

- диагностирование осуществляется при частоте вращения коленчатого вала двигателя п = 880 мин-1 при использовании комплекса для диагностирования КШМ и механизмов системы смазки;

- диагностическим параметром является разность минимальных амплитуд давлений при работе подшипника через цикл, с нагрузкой и без нагрузки. Предельное значение диагностического параметра для выбраковки коренного подшипника двигателей: ЗМЗ-4062 и КАМАЗ-740.11 (EURO) составляет 0,02 МПа.

Шатунные подшипники:

- диагностирование осуществляется в диапазоне частоты вращения коленчатого вала: для двигателя ЗМЗ-406 и = 1200... 1900 мшг1; для КАМАЗ-740.11 (EURO) п = 1400...2900 мшг1 при использовании комплекса для диагностирования КШМ и механизмов системы смазки;

-диагностическим параметром является снижение линейности роста давления в центральной масляной магистрали. Предельное значение максимума нелинейности давления масла для двигателей: ЗМЗ-4062 и КАМАЗ-740.11 (EURO) составляет 0,063 МПа.

6. Экспериментально доказано, что разработанные методы и средства тестового диагностирования автотракторных двигателей позволяют: повысить коэффициенты полноты диагностической информации Кит и проверки исправности Кш, глубины поиска дефекта К на 10... 60 %; снизить коэффициент использования специальных средств диагностирования Кис на 20...30%, время поиска неисправностей-в 1,2... 5 раз.

7. Практическая реализация разработанных методов и средств тестового диагностирования систем питания и смазки позволяет: сократить трудоемкость диагностирования ДВС при Д-1 на 20-30%, при Д-2 - на 35^10%; при заявочном диагностировании за счет

сокращения продолжительности выявления неисправностей, проверки алгоритма и параметров правильности функционирования рабочих процессов, трудоемкость сокращается в 2-5 раз.

Техническое обслуживание и восстановление работоспособности ДВС по результатам тестового диагностирования позволяет: в производственных условиях эксплуатации автотракторных средств сократить расход топлива на 10-15%, затраты на текущий ремонт-на 15-20%; обеспечить нормативные показатели норм СО, СН, NO в производственных условиях, т.е. повысить экологичность при использовании автотранспортных средств в 1,5-2 раза.

8. Создание и внедрение методов и средств тестового диагностирования элементов системы питания и смазки позволяют получить годовую экономию средств на один диагностический пост в год в пределах 115 000-190 000 рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Гриценко, А. В. Взаимосвязь зазора в коренных подшипниках двигателя внутреннего сгорания с давлением масла [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2009.-№ 12.-С. 18-20.

2. Гриценко, А. В. Диагностирование автомобильных генераторов по осциллограммам напряжения [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. —2010. — № 2. — С. 13-15.

3. Гриценко, А. В. Диагностирование датчиков массового расхода воздуха легковых автомобилей [Текст] / А. В. Гриценко, О. Н. Ларин, К. В. Глемба // Вестник Южно-Уральского государственного университета. -Сер.: Машиностроение.-2013.-Т. 13.2.-С. 113-118.

4. Гриценко, А. В. Диагностирование двигателей внутреннего сгорания по давлению масла [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2013. — № 1. — С. 22-24.

5. Гриценко, А. В. Диагностирование системы питания ДВС [Текст] / А. В. Гриценко, А. М. Плаксин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2014. — № 1. — С. 24—26.

6. Гриценко, А. В. Диагностирование электрических бензонасосов автомобилей [Текст] / А. В. Гриценко, К. А. Цыганов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2013. - № 4. - С. 22-23.

7. Гриценко, А. В. К выбору режимов диагностирования и диагностических параметров при определении технического состояния подшипников двигателя внутреннего сгорания по пульсациям давления в центральной масляной магистрали [Текст] / А. В. Гриценко, Д. Д. Бакай-кин, С. С. Куков // Труды ГОСНИТИ. -М., 2008. -Т. 101. С. 92-94.

8. Гриценко, А. В. Разработка средств и методов диагностирования с частично параллельным резервированием элементов, а также с устранением лишних диагностических операций и диагностических параметров [Текст] / А. В. Гриценко // Вестник КрасГАУ. - 2012. - № 7. -С. 120-125.

9. Гриценко, А. В. Результаты экспериментальных исследований пропускной способности электромагнитных форсунок [Текст] / А. В. Гриценко, Д. Д. Бакайкин Н Вестник КрасГАУ - 2012. - № 12. -С. 120-127.

10. Гриценко, А. В. Результаты экспериментальных исследований пропускной способности электромагнитных форсунок бензиновых двигателей внутреннего сгорания [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков, Д. Д. Бакайкин // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ имени В. П. Горячкина. -

2012. -№ 5(56). - С. 40-42.

П. Гриценко, А. В. Теоретическое исследование работы электромагнитной форсунки и ее влияние на процесс топливоподачи [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков, Д. Д. Бакайкин И Вестник ФГОУ ВПО МГАУ имени В. П. Горячкина. - 2012. - № 3(54). - С. 40-41.

12. Гриценко, А. В. Экспериментальные исследования взаимосвязи технического состояния коренных и шатунных подшипников криво-шипно-шатуиного механизма с параметрами давления в центральной масляной магистрали [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Вестник КрасГАУ. - 2010. - № 1. - С. 118-124.

13. Куков, С. С. Диагностирование коренных подшипников кри-вошипно-шатунного механизма по параметрам давления в центральной масляной магистрали [Текст] / С. С. Куков, А. В. Гриценко // Вестник КрасГАУ. - 2009. -№ 3. - С. 143-147.

14. Куков, С. С. Диагностирование коренных подшипников кри-вошипно-шатунного механизма по параметрам давления в центральной масляной магистрали [Текст] / С. С. Куков, А. В. Гриценко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - № 3. - С. 34-35.

15. Куков, С. С. Диагностирование системы смазки двигателя внутреннего сгорания [Текст] / С. С. Куков, А. В. Гриценко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. —2009. -№ 1. - С. 33-34.

16. Плаксин, А. М. Взаимосвязь конструктивного совершенствования мобильных энергетических средств с методами диагностирования их технического состояния [Текст] / А. М. Плаксин, А. В. Гриценко // Фундаментальные исследования. - 2013.-№ 10.-Ч. 15.-С. 3373-3377.

17. Плаксин, А. М. Разработка средств и методов тестового диагностирования машин [Текст] / А. М. Плаксин, А. В. Гриценко // Вестник КрасГАУ.-2013.-№ 12. — С. 185-193.

18. Соловьев, Р. Ю. Эксплуатационные испытания двигателей ЗМЗ-4062 при добавлении в моторное масло нанопрепарата фирмы «Wagner» Universal — Micro-CeramicOil [Текст] / Р. Ю. Соловьев, А. К. Ольховацкий, А. В. Гриценко [и др.] // Труды ГОСНИТИ. - М., 2013,- Т. 112.-С. 119-126.

Публикации в других изданиях

19. Бакайкин, Д. Д. Техническое обслуживание элементов системы топливо подач и бензинового двигателя с электронной системой управления [Текст] / Д. Д. Бакайкин, С. С. Куков, А. В. Гриценко // Вестник ЧГАУ. — 2006. — Т. 47. — С. 10-13.

20. Гриценко, А. В. Алгоритм, информационные характеристики процесса технического диагностирования, методики проектирования и оптимизации устройств диагностирования [Текст] / А. В. Гриценко // Вестник ЧГАА. - 2013. - Т. 63. - С. 38-41.

21. Гриценко, А. В. Анализ способов диагностирования криво-шипно-шатунного механизма по пульсациям давления в центральной масляной магистрали ДВС [Текст] / А. В. Гриценко, Д. Д. Бакайкин, С. С. Куков // Материалы XLVII междунар. конф. «Достижения науки -агропромышленному производству», посвящ. 100-летию со дня рожд. И. Е. Ульмана. - Челябинск : ЧГАУ, 2008. - Ч. 2. - С. 6-12.

22. Гриценко, А. В. Взаимосвязь величины зазоров в шатунных подшипниках кривошшшо-шатунного механизма с параметрами давления в центральной масляной магистрали двигателя внутреннего сгорания [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Вестник ЧГАУ. - 2009. -Т. 55.-С. 42-47.

23. Гриценко, А. В. Диагностирование подшипников кривошип-но-шатуиного механизма двигателя внутреннего сгорания по параме-

трам пульсации давления в центральной масляной магистрали [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / А. В. Гриценко. - Челябинск : ЧГАУ, 2009.

24. Гриценко, А. В. Диагностирование подшипников кривошип-но-шатунного механизма по параметрам давления в центральной масляной магистрали [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Материалы ХЬУШ междунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск : ЧГАУ, 2009. -Ч. 2. - С. 9-15.

25. Гриценко, А. В. Диагностирование пропускной способности электромагнитных форсунок [Текст] / А. В. Гриценко, Д. Д. Бакайкин, С. С. Куков [и др.] И Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса : матер. III Междунар. науч.-практ. конф., г. Новокузнецк, 28-30 ноября 2013 г. / отв. ред. канд. техн. наук А. А. Баканов ; ред. кол. Ю. Е. Воронов [и др.]. - Новокузнецк : Филиал КузГТУ в г. Новокузнецке, 2013. - С. 91-96.

26. Гриценко, А. В. Диагностирование систем двигателя внутреннего сгорания бестормозным методом с перераспределением цилиндровых нагрузок [Текст] / А. В. Гриценко Н Вестник ЧГАА. - 2011. - Т. 58. -С. 108-110.

27. Гриценко, А. В. Диагностирование электрических бензонасосов системы питания автомобилей с микропроцессорной системой управления двигателем [Текст] / А. В. Гриценко, К. А. Цыганов // Материалы 1Л1 междунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск : ЧГАА, 2013. -Ч. III. - С. 49-55.

28. Гриценко, А. В. Концепция развития методов и средств диагностирования автомобилей [Текст] / А. В. Гриценко II Материалы Ы1 междунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск : ЧГАА, 2013. - Ч. III. - С. 42-49.

29. Гриценко, А. В. Метод диагностирования систем ДВС по тестовому контролю правильности функционирования систем [Текст] / А. В. Гриценко // Экономика и производство : сб. науч. трудов / под ред. В. В. Ерофеева. -Челябинск : ЧРО РАЕН, 2012. - С. 113-121.

30. Гриценко, А. В. Метод и средство определения технического состояния масляных фильтроэлементов [Текст] / А. В. Гриценко // Вестник ЧГАА. -2012.-Т. 60. - С. 40-44.

31. Гриценко, А. В. Методические приемы повышения точности диагностирования подшипников коленчатого вала [Текст] / А. В. Гриценко, К. В. Глемба, С. С. Куков Н Вестник ЧГАА. - 2010. - Т. 57. - С. 51-56.

32. Гриценко, А. В. Обзор методов диагностирования бензинового двигателя внутреннего сгорания по параметрам пульсации давления

[Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Вестник ЧГАА. - 2010. - Т. 56. -С. 43—47.

33. Гриценко, А. В. Обзор методов диагностирования подшипников кривошипно-шату иного механизма и элементов системы смазки двигателя внутреннего сгорания [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Материалы ХЫХ междунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки -агропромышленному производству». — Челябинск : ЧГАА, 2010. -Ч. 1.-С. 355-360.

34. Гриценко, А. В. Обоснование и разработка средств и методов диагностирования двигателей внутреннего сгорания автомобилей [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Материалы Ь междунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». — Челябинск : ЧГАА, 2011. - С. 6-11.

35. Гриценко, А. В. Обоснование и разработка эффективных систем диагностирования двигателей внутреннего сгорания мобильных сельскохозяйственных машин [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Материалы Ы междунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки—агропромышленному производству». - Челябинск : ЧГАА, 2012. - Ч. III. — С. 20-25.

36. Гриценко, А. В. Обоснование трудоемкости диагностирования систем ДВС на тестовых статических режимах [Текст] / А. В. Гриценко // Вестник ЧГАА. - 2012. - Т. 62. - С. 35-38.

37. Гриценко, А. В. Определение эффективности использования средств технического диагностирования с учетом частоты отказов систем ДВС [Текст]/А. В. Гриценко, С. С. Куков//ВестникЧГАА.-2012,-Т. 60.-С. 45-48.

38. Гриценко, А. В. Оптимизация процесса диагностирования автотракторной техники минимизацией затрат [Текст] / А. В. Гриценко, А. М. Плаксин//ВестникЧГАА.-2013.-Т. 63.-С. 42-46.

39. Гриценко, А. В. Перспективные направления применения на-нопрепаратов для повышения экологических и технико-экономических показателей автомобильных двигателей [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков, Д. Д. Бакайкин [и др.] // Сборник науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. «Транспорт России: проблемы и перспективы - 2013». — СПб.: Институт проблем транспорта РАН им. Н. С. Соломенко, 2013. -С. 144-151.

40. Гриценко, А. В. Пути повышения и метод диагностирования экологических характеристик и эксплуатационной надежности автомобильных двигателей с применением антифрикционных наноматериалов

[Текст] / А. В. Гриценко, Д. Д. Бакайкин, С. С. Куков [и др.] // Сборник науч. трудов : «XI Всерос. науч.-практ. конф. студ., аспир. и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика». -Пермь: ПНИПУ, 2013. - Ноябрь. - С. 137-142.

41. Гриценко, А. В. Разработка эффективных средств и методов диагностирования двигателей внутреннего сгорания автомобилей [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Вестник ЧГАА. - 2011. - Т. 58. -С.111-117.

42. Гриценко, А. В. Способ безразборной диагностики степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков // Вестник ЧГАА. - 2011. - Т. 59. - С. 26-29.

43. Гриценко, А. В. Способ диагностирования системы топливо-подачи двигателей внутреннего сгорания легковых автомобилей [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков, Д. Д. Бакайкин // Вестник ЧГАА. - 2011. -

Т. 59.-С. 30-32.

44. Соловьев, Р. Ю. Методы и средства тестового диагностирования системы питания двигателей внутреннего сгорания автомобилей. Технологические рекомендации [Текст] / Р. Ю. Соловьев, А. В. Гриценко, С. С. Куков [и др.]. -М.: ГОСНИТИ, 2013.-40 с.

45. Черноиванов, В. И.Формирование инвестиционного механизма в сфере технического сервиса в сельском хозяйстве [Текст] : монография / В. И. Черноиванов, В. П. Лялякин, Л. А. Солодкина [и др.] ; под общ. ред. В. И. Черноиванова. -М.: ГОСНИТИ, 2013.-298 с.

Авторские свидетельства, патенты

46. Пат. 2344400 Российская Федерация, 1Ш О 01 М 15/09. Способ безразборной диагностики степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания [Текст] / А. В. Гриценко, Д. Д. Бакайкин, С. С. Куков. -№ 2007115357 ; заявл. 10.04.07 ; опубл. 20.01.09, Бюл. № 2.

47. Пат. 2390746 Российская Федерация, 1Ш О 01 М 15/00. Способ безразборной диагностики степени износа шатунных подшипников двигателя внутреннего сгорания [Текст] / А. В. Гриценко, Д. Д. Бакайкин, С. С. Куков. — № 2008146428; заявл. 24.11.08; опубл. 27.05.10, Бюл. № 15.

48. Пэт. 2398200 Российская Федерация, 1Ш й 01 М 15/00. Способ безразборной диагностики степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания и фильтроэлементов [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков. -№ 2009123745 ; заявл. 22.06.09 ; опубл. 27.08.10, Бюл. № 24.

49. Пат. 2399897 Российская Федерация, 1Ш в 01 М 15/09. Способ диагностики степени засоренности маслоприемника системы смазки

Чо п

двигателя внутреннего сгорания [Текст] / А. В. Гриценко, Д. Д. Бакай-кин, С. С. Куков. — № 2009113226 ; заявл. 08.04.09 ; опубл. 20.09.10, Бюл. № 26.

50. Пагг. 2418190 Российская Федерация, 1Ш Р 02 М 65/00. Способ диагностирования системы топливоподачи двигателя [Текст] / А. В. Гриценко, Д. Д. Бакайкин, С. С. Куков. - № 2009123798 ; заявл. 22.06.09 ; опубл. 10.05.11, Бюл. № 13.

51. Пат. 2449142 Российская Федерация, 1Ш в 01 М 15/04. Способ обкатки двигателей внутреннего сгорания и стенд для его осуществления [Текст] / А. В. Гриценко, В. А. Рожнев, С. С. Куков. -№ 2010144757; заявл. 01.11.10 ; опубл. 27.04.12, Бюл. № 12.

52. Пат. 2474715 Российская Федерация, 1Ш О 01 М 15/00. Способ определения технического состояния двигателя внутреннего сгорания и электронное устройство для его осуществления [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков, К. А. Цыганов, А. В. Горбунов. -№ 2011141374 ; заявл. 12.10.11 ; опубл. 10.02.13, Бюл. № 4.

53. Пат. 2476848 Российская Федерация, 1Ш в 01 М 15/04. Способ диагностирования датчиков массового расхода воздуха на автомобиле и устройство для его осуществления [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков, К. А. Цыганов, А. В. Горбунов. - № 2011147026 ; заявл. 18.11.11 ; опубл. 10.02.13, Бюл. № 4.

54. Пат. 2477384 Российская Федерация, Я11 Р 02 М 65/00. Способ диагностирования электробензонасосов системы топливоподачи автомобиля [Текст] / А. В. Гриценко, С. С. Куков, К. А. Цыганов, А. В. Горбунов. — № 2012109956; заявл. 14.03.12; опубл. 10.03.13, Бюл. № 7.

Подписано в печать 31.03.2014. Формат 60*84/16 Гарнитура Times. Печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 67

Отпечатано в ИПЦ ФГБОУ ВПО ЧГАА 454080, г. Челябинск, ул. Энгельса, 83

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия»

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ТЕСТОВОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМ ПИТАНИЯ И СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ НА ПРИМЕРЕ ДВС АВТОМОБИЛЕЙ)

05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания

в сельском хозяйстве

На правах рукописи

ГРИЦЕНКО Александр Владимирович

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: Заслуженный работник

сельского хозяйства РФ, доктор технических наук, профессор А. М. Плаксин

Челябинск - 2014

Содержание

Список сокращений......................................................................... 6

Введение....................................................................................... 9

Глава 1 Состояние проблемы и задачи исследования........................... 17

1.1 Роль мобильных энергетических средств в повышении эффективности реализации производственных процессов......................................... 17

1.2 Анализ статистических данных числа отказов систем ДВС мобильных энергетических средств................................................................ 22

1.3 Направления и реализация конструктивного совершенствования

систем и механизмов ДВС............................................................ 25

1.4 Анализ и синтез методов и средств диагностирования......................... 40

1.5 Уровень эффективности технического диагностирования и постановка проблемы................................................................................. 54

Выводы по главе............................................................................. 60

Глава 2 Взаимосвязь параметров процесса диагностирования и функционирования основных систем ДВС, технико-экономические показатели использования мобильных энергетических средств............. 63

2.1 Концепция совершенствования методов и средств технического диагностирования основных систем ДВС.......................................... 63

2.2 Модель формирования целевой функции обеспечения работоспособности машин при использовании внешних

и встроенных средств диагностирования.......................................... 91

2.3 Модель формирования целевой функции по обоснованию методов

и средств диагностирования автотракторных ДВС.............................. 96

2.4 Определение эффективности использования СТД с учетом

их универсальности и многоканальности.......................................... 106

2.5 Расчет эффективности от внедрения встроенного СТД........................ 112

Выводы по главе............................................................................. 122

Глава 3 Разработка тестовых методов и средств диагностирования системы питания ДВС.................................................................... 125

3.1 Алгоритм разработки тестовых методов и средств диагностирования системы питания автотракторных ДВС............................................ 125

3.1.1 Обоснование тестовых методов и средств диагностирования

элементов системы впуска.......................................................... 127

3.1.2 Обоснование тестовых методов и средств диагностирования

системы топливоподачи............................................................. 133

3.2 Методика экспериментальных исследований способов и средств диагностирования системы питания ДВС.......................................... 151

3.2.1 Методика исследования способов и средств диагностирования

датчика массового расхода воздуха............................................... 151

3.2.2 Методика исследования способа и средства диагностирования электробензонасоса.................................................................. 162

3.2.3 Методика исследования способа и средства диагностирования электромагнитных форсунок....................................................... 169

3.3 Результаты экспериментальных исследований способов и средств диагностирования системы питания ДВС.......................................... 173

3.3.1 Экспериментальные исследования способов и средств диагностирования датчиков массового расхода воздуха..................... 173

3.3.2 Результаты экспериментальных исследований способа и средства диагностирования электробензонасосов......................................... 179

3.3.3 Результаты экспериментальных исследований способа и средства диагностирования электромагнитных форсунок............................... 183

Выводы по главе............................................................................. 191

Глава 4 Разработка тестовых методов и средств диагностирования

системы смазки двигателей внутреннего сгорания.............................. 194

4.1 Алгоритм разработки тестовых методов и средств диагностирования системы смазки автотракторных ДВС............................................. 194

4.1.1 Обоснование тестовых методов и средств диагностирования системы

смазки ДВС............................................................................ 200

4.1.2 Обоснование тестовых методов и средств диагностирования коренных подшипников.......................................................................... 210

4.1.3 Обоснование тестовых методов и средств диагностирования шатунных подшипников.......................................................................... 214

4.2 Методика экспериментальных исследований способов и средств диагностирования системы смазки ДВС........................................... 224

4.2.1 Методика исследования способа и средства диагностирования маслоприемника....................................................................... 224

4.2.2 Методика исследования способа и средства диагностирования

коренных подшипников............................................................. 232

4.2.3 Методика исследования способа и средства диагностирования шатунных подшипников............................................................ 240

4.3 Результаты экспериментальных исследований способов и средств диагностирования системы смазки ДВС........................................... 242

4.3.1 Результаты экспериментальных исследований способа и средства диагностирования маслоприемника.............................................. 242

4.3.2 Результаты экспериментальных исследований способа и средства диагностирования масляного фильтра........................................... 243

4.3.3 Результаты экспериментальных исследований способа и средства диагностирования коренных подшипников.................................... 245

4.3.4 Результаты экспериментальных исследований способа и средства диагностирования шатунных подшипников.................................... 249

Выводы по главе............................................................................. 259

Глава 5 Эффективность реализации тестовых методов и средств

диагностирования ДВС.................................................................. 263

5.1 Алгоритмы и технологии тестовых методов диагностирования

основных систем ДВС.................................................................. 263

5.2 Эффективность реализации разработанных тестовых методов

и средств диагностирования.......................................................... 275

5.3 Экономическая эффективность реализации разработанных методов тестового диагностирования системы питания................................... 288

5.4 Экономическая эффективность реализации разработанных методов

тестового диагностирования системы смазки........................................................................297

Основные выводы и результаты работы................................................................................................303

Список литературы....................................................................................................................................................309

Приложения......................................................................................................................................................................347

Приложение А. Факторы конструктивного совершенствования систем

управления функционированием ДВС....................................................................................................348

Приложение Б. Результаты расчета вероятности выявления отказов,

коэффициента технологической эффективности и суммарных затрат......................352

Приложение В. Методика исследования способов и средств

диагностирования системы питания ДВС............................................................................................362

Приложение Г. Патенты на изобретение и полезную модель............................................365

Приложение Д. Акты внедрения в производство результатов

диссертационного исследования..................................................................................................................385

Приложение Е. Справки об использовании материалов докторской

диссертации........................................................................................................................................................................394

Список сокращений

АБС - антиблокировочная система тормозов;

АКБ - аккумуляторная батарея;

ВМТ - верхняя мертвая точка;

ГРМ - газораспределительный механизм;

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

Д - диагностирование;

ДД - датчик детонации;

ДДавлВ - датчик давления воздуха;

ДДинДМ - датчик динамического давления масла;

ДДМ - датчик давления масла;

ДРМ - датчик расхода масла;

ДМРВ - датчик массового расхода воздуха;

ДП - диагностический параметр;

ДПДЗ - датчик положения дроссельной заслонки;

ДПКВ - датчик положения коленчатого вала;

ДПРВ — датчик положения распределительного вала;

ДТемпВ - датчик температуры впускаемого воздуха;

ЕО - ежедневное обслуживание;

КИП - контрольно-измерительные приборы;

КПА - контрольно-проверочная аппаратура;

КСЗ — контактная система зажигания;

КШМ - кривошипно-шатунный механизм;

МПСЗ - микропроцессорная система зажигания;

МСУД - микропроцессорная система управления двигателем;

МХ - механический;

МЭС - мобильное энергетическое средство; НМТ - нижняя мертвая точка;

НЭМП - непреднамеренные электромагнитные помехи;

ОД - объект диагностирования;

ПОС - приборы освещения и сигнализации;

ПП - полупроводниковый;

РДВ - регулятор добавочного воздуха;

РИ - режим использования;

РОВ - ремонтно-обслуживающее воздействие;

РХХ - регулятор холостого хода;

СВТ - система впрыска топлива;

СД - система диагностирования;

СЗ - система зажигания;

CK - система путевого контроля;

СТД - средства технического диагностирования;

CT - система топливоподачи;

СТО - станция технического обслуживания;

С 4M - составная часть машины;

TBC - топливно-воздушная смесь;

ТО и TP - техническое обслуживание и текущий ремонт;

ТРеж - тестовый режим;

ТС - техническое состояние;

ТУ — технические условия;

УЗС - ультразвуковая система;

УОЗ - угол опережения зажигания;

УР - условие работоспособности;

ФЭ - фильтрующий элемент;

ЦБК - центральный бортовой компьютер;

ЦММ - центральная масляная магистраль;

ЦПГ - цилиндропоршневая группа;

ЭБН - электрический бензонасос;

ЭБУ - электронный блок управления;

ЭВМ - электронная вычислительная машина;

ЭК - экологическая система автомобиля; ЭМС - электромагнитная совместимость; ЭМФ - электромагнитная форсунка; ЭМ - электромеханический; ЭН - электронный; ЭО - электрооборудование;

ЭСАУ - электронная система автоматического управления; ЭСУД - электронная система управления двигателем; RAM - объем оперативной памяти; ROM - объем постоянной памяти.

Введение

Актуальность проблемы. Конструктивное совершенствование мобильных энергетических средств (в частности их основного агрегата - двигателя внутреннего сгорания) направлено на: обеспечение дифференциации величины параметров функционирования механизмов систем в зависимости от изменчивости условий и режимов эксплуатации машин; повышение технического ресурса при использовании машин по назначению в заданных условиях эксплуатации [6, 155, 20, 19, 52,51,333,332].

Первое обусловлено стабильностью величин технических параметров в пространстве и времени, второе - их сохранностью во времени. И первое, и второе в целом предопределяют фактический уровень реализации потребительских свойств мобильных энергетических средств - их качество. Оно реализуется при использовании машин по назначению и оценивается технико-экономическими показателями, производительностью (при потенциально возможных минимальных затратах ресурсов) при выполнении производственных процессов и обеспечении работоспособного состояния машин в течение нормативного срока службы [24, 139, 295, 294].

Прогрессивное повышение технического и технологического потенциалов мобильных энергетических машин, их энергетических установок однозначно предопределено конструктивным усложнением механизмов, прецизионностью изготовления их деталей и параметров функционирования в предусмотренных нормативами режимах и условиях эксплуатации.

Практической реализацией высокой точности изготовления деталей механизмов и их функционирования стали функционально определяющие работоспособность ДВС системы питания, смазки и управления рабочими процессами современных автомобилей. Они являются лидерами конструктивного совершенствования автотракторных мобильных средств и определяют технический тренд конструктивного совершенствования автотракторной техники [368, 313, 314, 325, 333,332,391,392].

В настоящее время стало очевидным, что используемые средства функционального диагностирования механизмов систем, определяющих работоспособность и правильность функционирования ДВС, мобильных средств в целом не позволяют с требуемой точностью, достоверностью устанавливать изменения технического состояния и правильность реализации рабочих процессов ДВС. Поэтому при общем росте технической надежности ДВС лучших образцов автомобилей и тракторов увеличилось количество скрытых отказов сложных технических систем ДВС.

Несоответствие технологической способности методов и средств диагностирования относительно возросшей конструктивной сложности механизмов основных систем ДВС, прецизионности их функционирования при изменчивости режимов и условий эксплуатации автотракторной техники предопределяет снижение эффективности использования потенциала потребительских свойств машин [1, 176, 110, 76, 114,313,314, 325, 333,332].

Разрешение рассмотренного выше технического противоречия требует разработки новых методов и средств диагностирования, которые по своей технологической способности (точности, достоверности) соответствовали бы требованиям современной и перспективной техники.

Исходя из вышесказанного, основной целью настоящей работы является повышение эффективности процесса диагностирования систем питания и смазки ДВС на основе реализации новых методов и средств их тестового диагностирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи [48,243]:

1. На основе исследования процессов конструктивного совершенствования и функционирования ДВС мобильных энергетических машин, методов и средств диагностирования их технического состояния разработать концепцию совершенствования методов диагностирования систем питания, смазки и управления автотракторных двигателей, обеспечивающих выявление скрытых отказов при тестовом диагностировании работоспособности и правильности функционирования механизмов основных систем ДВС.

2. Разработать математические модели, адекватно реальным процессам описывающие взаимосвязи между параметрами технического состояния систем питания и смазки, их рабочих процессов с технологическими и техническими параметрами методов тестового диагностирования ДВС, технико-экономическими показателями при использовании и обеспечении работоспособности автотракторных средств.

3. Разработать тестовые методы, аппаратные и программные средства, режимы диагностирования технического состояния механизмов системы питания ДВС. Установить диагностические параметры технического состояния механизмов системы питания, их предельные значения.

4. Разработать тестовые методы, аппаратные и программные средства, режимы диагностирования технического состояния механизмов системы смазки ДВС. Установить диагностические параметры технического состояния механизмов системы смазки, их предельные значения.

5. Провести экспериментальные исследования, производственную проверку, оценку эффективности разработанных методов и средств диагностирования, дать рекомендации по их практической реализации.

Проблемная ситуация: конструктивное совершенствование основных систем автотракторных ДВС - питания, смазки, управления, прецизионность изготовления их деталей, узлов, повышение нагрузочных и скоростных характеристик рабочих процессов направлено на улучшение энергетических, технико-экономических и экологических требований при эксплуатации мобильных энергетических средств, повышение их эксплуатационной надежности. Вместе с тем это предопределило уменьшение величины допустимого отклонения параметров технического состояния механизмов этих систем, повысило значимость требований к правильности их функционирования при изменчивости режимов и условий эксплуатации автотракторной техники. Очевидно, что выполнение указанных требований при диагностировании технического состояния ДВС возможно только при улучшении технологической способности методов и средств диагностирования, определяемых в основном точностью и достоверностью установления величины

отклонения параметров технического состояния от номинала, нахождения их пределов допуска при заданных режимах процесса тестового диагностирования, т.е. методы и средства диагностирования технического состояния рассматриваемых систем автотракторных ДВС по своей прецизионности должны быть адекватны процессу их конструктивного совершенствования.

Научная гипотеза: правильность функционирования механизмов систем питания, смазки и управления ДВС, определяем