автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Ускоренныые испытания автотракторных двигателей на послеремонтный ресурс с целью сертификации

На правах рукошр^- ~ 0 д

2 2 ДЕН Ш

ТЕКУШЕВ АРСЕН ХАСАНБИЕВИЧ

УСКОРЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ПОСЛЕРЕМОНТНЫЙ РЕСУРС С ЦЕЛЬЮ СЕРТИФИКАЦИИ

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного

транспорта

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2000

Работа выполнена на кафедре «Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин» Московского Государственного автомобильно-дорожного института (технического университета).

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

Ведущая организация -

доктор технических наук, профессор Челпан JI.K.

доктор технических наук, профессор Курчаткин В.В.

кандидат технических наук, Малахов A.B.

Производственное объединение "Рыбинские моторы"

Защита состоится « /6 » ¿ж 2000г. в часов --- -

На заседании диссертационного совета К053.30.09 ВАК России при Московском Государственном автомобильно-дорожном институте (Техническом Университете) по адресу: 125829, ГСП, Москва А-319, Ленинградский проспект, д.64, ауд.42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ (ТУ). Автореферат разослан «_ /б'у> осТЗоР&тт.

Телефон для справки 155-03-28.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Власов В.М.

Общая характеристика работы.

Актуальность темы: Условия эксплуатации автомобилей, дорожных и строительных машин предъявляют высокие требования к их надежности.

Это относится и к отремонтированной технике, в том числе к двигателям внутреннего сгорания.

Наиболее достоверные данные о ресурсе отремонтированных двигателей можно получить по результатам длительных эксплуатационных испытаний. При этом информация о качестве ремонта поступает на производство с большим опозданием, что делает ее малоэффективной. Кроме того, эта информация пригодна лишь для конкретного ремонтного предприятия.

Учитывая, что в России действует множество ремонтных предприятий с различным уровнем технических и технологических возможностей и существует необходимость сертификации отремонтированной продукции, более целесообразно оценивать качество ремонта двигателей по результатам ускоренных испытаний.

Поэтому тема диссертации является актуальной.

Цель работы - разработка и внедрение метода ускоренных испытаний двигателей, обеспечивающего моделирование динамики технического состояния объекта и сопоставимость получаемых результатов, независимо от типа двигателя, зоны эксплуатации и вида ремонта.

Объектом исследования являются автотракторные двигатели Д-65Н, производства ПО "Рыбинские моторы", устанавливаемые на экскаваторы ЭО-3211, ЭО-3311 и Д-240 производства ММЗ, устанавливаемые на автомобили марки ЗИЛ- 5301 «Бычок».

Научная новизна исследований заключается в разработке унифицированного метода ускоренных испытаний двигателей внутреннего сгорания с определением сопоставимых данных послеремонтного ресурса для различных ремонтных предприятий и зон эксплуатации.

Практическая значимость и реализация результатов исследований заключается в разработке и внедрении

1) методик, алгоритмов и программ ускоренных испытаний:

- усеченных, при которых значение послеремонтного ресурса прогнозируется по результатам обработки текущих данных испытаний;

- полнопрограммньгх, т.е. до предельного состояния;

2) автоматизированной установки ускоренных испытаний двигателей для пунктов сертификации отремонтированной продукции;

3) уточнённая нормативно-техническая документация на ремонт двигателей Д-65Н и Д-240;

4) уточненные предельные значения мощности, удельного расхода топлива и картерного масла дизелей Д-65Н и Д-240.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и одобрены

на научно-технических конференциях ГОСНИТИ 1989,1990,1991гг., научно-технических конференциях МАДИ в 1996,1997 и 1998гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей, 4 научных отчета, 2 нормативно-технических документа, получено положительное решение на изобретение.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений.

Объем работы. Основной текст - 164 стр., рисунков - 38, таблиц - 10, литературных источников - 123, приложений - 8.

Содержание работы.

1. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования.

Надежность отремонтированных двигателей и эффективность их работы выявляются в процессе эксплуатации, причем исходные показатели надежности и их динамика в эксплуатации определяются не только условиями использования техники (характер работ, природно-климатические условия, квалификация водителя и т. д.), но и технологическим уровнем ремонта. Последнее обстоятельство, учитывая широкую сеть ремонтных предприятий, различных по уровню технологических процессов, методам ремонта (обезличенных и необезличенных, многомарочных, агрегатных и т.д.), объектам производственных программ, создает необходимость оценки показателей отремонтированной продукции для каждого из множества предприятий в отдельности, с сохранением необходимых сроков и массовости объектов испытаний.

В этой ситуации, учитывая также необходимость получения оперативной информации, в связи с регулярной модернизацией технологии ремонта, применение длительных эксплуатационных испытаний двигателей оказывается малоэффективным.

Важнейшим условием быстрой и эффективной оценки качества капитально отремонтированных двигателей является развитие методов ускоренных стендовых ресурсных испытаний с обязательным моделированием данных эксплуатации, как по характеру и виду износов деталей, так и по динамике основных технико-экономических параметров двигателя.

Одним из препятствий внедрения ускоренных испытаний в систему сертификации отремонтированных двигателей является, отсутствие методики, обеспечивающей сопоставимость оценок качества работы отремонтированных двигателей в разных зонах эксплуатации и на различных видах работ. Поэтому при разработке методики исследований использованы опытные варианты двигателей, отремонтированные с различной степенью восстановления ресурса. Для этого разработана соответствующая система допускаемых размеров, обеспечивающая различную длительность эксплуатации объекта

до определенного состояния.

Конструктивной особенностью двигателей внутреннего сгорания является то, что они состоят из множества деталей различного назначения, работающих на разных скоростных, нагрузочных и температурных режимах.

Это обуславливает необходимость разработки системы, объединяющей методы испытаний различного назначения.

Отмеченные выше обстоятельства позволяют сформулировать следующие требования для формирования метода ускоренных испытаний отремонтированных двигателей:

- форсирование изнашивания деталей цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма путем подачи абразива в впускной коллектор, картерное масло и топливо;

- форсирование динамики отказов и мощностно-экономических показателей двигателя, введением неустановившихся режимов с переменными амплитудами и частотами нагрузки и числа оборотов, уплотнением циклов и форсирующих регулировок;

- обеспечение точности исполнения режимов испытаний и обработки получаемых данных за счет применения автоматизированной системы управления процессами;

- обеспечение сопоставимости оценок результатов испытаний, путем разработки соответствующего метода эталонирования.

Решению проблемы оптимизации системы ремонта, технического обслуживания и сроков службы машин посвящены работы Артемьева Ю.Н., Ве-деняпина Г.В., Дехтеринского Л.В., Денисова A.C., Конкина Ю.А., Михлина В.М., Пасечникова Н.С., Рабиновича А.Ш., Селиванова А.И., Челпана Л.К., Черепанова С.С., Барлоу Р. и Хантера Л. и др.

Значительный вклад в разработку методов ускоренной оценки надежности как новых, так и отремонтированных двигателей внесли Величкин H.H., Зу-биетова М.П., Ждановский Н.С., Николаенко A.B., Григорьев М.А., Кугель Р.В. и др.

Вопросами разработки методов стендовых испытаний двигателей занимаются научно-исследовательские и учебные институты НАТИ, НИКТИД, ГОСНИТИ, НАМИ, КубНИИТИМ, ЛСХИ, ЧИМЭСХ, и др., а также заводы изготовители ЗИЛ, ГАЗ, ЯМЗ, ХТЗ, МТЗ, ВТЗ, и др.

По результатам анализа состояния вопроса и литературных источников намечены основные задачи исследования.

1. Разработать и экспериментально обосновать методику и режимы ускоренных стендовых испытаний, с целью определения послеремонтных ресурсов отремонтированных двигателей.

2. Обосновать параметры и разработать дозатор подачи абразива в двигатель.

3. Разработать документацию и методику ремонта опытных вариантов

двигателей с различной степенью восстановления ресурса.

4. Разработать систему эталонирования ускоренных испытаний отремонтированных двигателей с учетом возможного различия в циклах, режимах и дозировок абразива на различных испытательных станциях.

5. Теоретически и экспериментально обосновать режимы и длительность усеченных и полнопрограммных испытаний дизелей до исчерпания после-ремонтного ресурса.

6. Разработать практические методики для автоматизированного управления процессом испытаний с определением послеремонтного ресурса двигателя.

7. Определить экономическую эффективность внедрения разработанного метода ускоренных испытаний в систему сертификации отремонтированной продукции.

2. Метод определения межремонтного ресурса двигателя по данным динамики технико-экономических параметров в эксплуатации.

Для сопоставления показателей работы двигателя, с учетом динамики в эксплуатации, использован разработанный Челпаном J1.K. экономический эквивалент технического состояния объекта.

В настоящей работе, на базе указанного выше эквивалента, получено следующее степенное уравнение для определения доремонтного и межремонтного ресурсов объекта при допущении, что затраты на промежуточные ремонтные воздействия относятся к устранению последствий отказов.

, (1)

j J

где j - номер технико-экономического параметра;

Gj Sj - исходное стоимостное выражение j-то параметра (руб/ч);

Aj - скорость изменения у-го параметра;

Bj - показатель степени, функции динамики у-го параметра;

Д, - затраты средств, связанные с восстановлением технического состояния по сумме j-x параметров, руб.

Для решения задачи применительно к ДВС учитываются эквиваленты затрат на устранений последствий отказов X, снижение производительности Ne, увеличение расхода топлива GT и смазки GM-

Для четырех отмеченных выше основных параметров, характеризующих техническое состояние двигателя, можно записать

7 = 0, Ай = Ах, Во= В\, GoSo=GiS>. = Xo ^

- для интенсивности затрат на устранение последствий отказов, руб/ч.

У=1, А]=АМ, Bi = 5w; G/S\ =GMSu ^

- для расхода картерного масла, руб/ч.

.7 = 2, Аг=Ат, В2 = ВТ\ G2S2=GtSt ^

- расхода дизельного топлива, руб / ч.

У = 3 , Аз = А,у. В} = ВХ- в383 =Сл5Л-=СО (5)

- для убытков от потери снижения производительности машины, руб / ч.

Конкретизированное уравнение для определения доремонтного (межремонтного) ресурса двигателя / при известных значениях а,., Gu.Su, С^ т, С о, А >., Ащ, АЪА V. Вх, йг, В.и, В« принимает вид

д„ , - ,«.. + (С„5„ - .. + <СА + ,„)' " ♦ (6)

+ - дг = о

в» + I

Уравнение решается методом проб относительно ресурса /. Величины Яо, Сд. , О;- и Со определяются конструкцией и нормативно-технической документацией на изготовление и ремонт дизелей или фактические значения этих величин, по результатам приемно-сдаточных испытаний новой (отремонтированной) продукции.

Значения показателей динамики основных параметров А и В устанавливаются по результатам обработки данных наблюдений (испытаний).

По данным наблюдений на МИС за 1971-1990г.г. для автотракторных двигателей можно принять

В\= 1,2, В» = 1.8, Вт =0,9, = 0,85. (7)

Это позволяет получить следующие формулы для определения текущих значений коэффициентов А в процессе ускоренных испытаний.

£ 1ЛЕ, - 1,22 1л0, - 0 А А = е х р —---»

(8)

¿1пед, -1,8^1п(/, -/„)

А„ = ехр —-^-,

п

Л7 = ехр-> , ,

/(. = ехр —-—-j

Л :

где; - номер объекта наблюдения; п - число объектов наблюдения; ЕЛ = Ах (/ - /0 )u , sw = /fM(f-f0)u, ET = AT(i-to)09 ,ev = Av(t-t0 )°'8S - соответственно относительные изменения параметров X, G.w, (/>. G.v и ;Ve.

Формулы (6) и (8) использованы при составлении алгоритма и программы автоматизированного управления процессом ускоренных испытаний двигателей, а также для научного обоснования методик определения длительности ускоренных усеченных и полнопрограммных испытаний до исчерпания ресурса.

3. Метод ускоренных ресурсных испытаний двигателей.

При формировании режимов и циклов ускоренных испытаний использовалась сумма, рассматриваемых обычно раздельно, принципов ускорения -применение форсирования режимов и циклов в сочитании с ускоряющими износ деталей двигателя компонентами (присадками ).

Соблюдались основные требования - обеспечение адекватности отказов и износов основных элементов, динамики мощностно-экономических показателей двигателя в условиях ускоренных и длительных испытаний.

Показатель динамики параметров двигателя при рядовой эксплуатации для различных почвенно-климатических зон характеризуется обобщенным коэффициентом

(ю)

/«I / 1.1

где г, - продолжительность работы машины на / - виде работ; /<"лоб „ Креж, и Кмш,, - коэффициенты, характеризующие условия выполнения операции, влияние режимов работы и почвенно-дорожных (минералогических) факторов.

Для ускоренных испытаний показатель влияния режимов и условий испытаний характеризуется обобщенным коэффициентом

С = 5Х (11)

».I / »-I

где п - номер режима ускоренных испытаний;

Креж п> Фп , - показатели влияния режимов ускоренных испытаний, абразивных агентов в воде, воздухе, смазке и продолжительность п -го режима.

Общий коэффициент ускорения испытаний для конкретной зоны

(12)

Для сопоставления в табл.1 представлены показатели запыленности, уровня фильтрации (воздуха, топлива и масел), сезонных условий для Средней полосы России и Средней Азии.

Таблица 1.

Коэффициенты ускорения динамики технико-экономических параметров двигателей с учетом условий и зон эксплуатации.

№ Коэффициент Зона н

К, Россия К(!) Ср. Азия К(2) ид

1 Уровень запыленности 1,75 3,25 1,8571

2 Уровень фильтрации 1,5 1,75 1,1667 2,8888

J Сезонный показатель 1,125 1,5 1,3333

Из таблицы следует, что коэффициенты ускорения изменяются в широких пределах в зависимости от зон и условий эксплуатации. Поэтому рационально для каждой зоны, а еще более эффективно для каждой испытательной лаборатории получение данных эталонных испытаний соответствующих марок новых двигателей.

Тогда данные о динамике технико-экономических параметров новых дви гателей будут включать их исходные значения, а данные, учтенные в (Ж, Аи, А г, Ау), обеспечивают в любой зоне соответствующие исходные параметры с учетом любых зональных особенностей.

Отсюда вытекает основной принцип организации ускоренных испытаний - эталонирование применительно к условиям конкретной лаборатории. В этом случае для каждой лаборатории может быть принято Кэуск = 1 и, следовательно, из формулы (12 ) получаем

М=1 / п-1

Из этой формулы следует, что при разработке методов ускорения необходимо уделить внимание выбору показателей, особо влияющих на моделирование происходящих процессов. В первую очередь это относится к выбору вида и дозировке абразивных агентов Ф„, видов и продолжительностей ускоряющих режимов Креж „ и т„, а также их влияния на динамику основных технико-экономических показателей дизелей.

Для обеспечения единого значения коэффициента ускорения, всех рассматриваемых показателей работы двигателя, в случае обобщенных испытаний по всем параметрам проводят подбор ускорительных мероприятий методом проб и интерполяции.

По имеющимся данным, наименее поддается варьированию показатель ускорения динамики отказов. Поэтому обычно коэффициенты ускорения приводят к величине параметра Котк, путем варьирования величинами Ф„, Крежп и х„ по формуле (13) до обеспечения равенства коэффициентов ускорения К,.,, КТ Д./ и К„„к.

При этом успех моделирования в первую очередь зависит от величин /(,„„, т„,т. е. от амплитуд и частот режимов испытаний.

Из всех рассмотренных способов циклических нагружений наиболее действенные результаты обеспечивает принятый в настоящей работе метод НИКТИД (рис.1), в котором чередуются циклы изменения нагрузки при полной подаче топлива в пределах О.^Мц, и частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу в пределах от п^пих до пи т„.

Поэтому особое внимание уделено выбору и обоснованию метода подачи абразива в различные элементы двигателя и форсированию режимов за счет подрегулировки цикловой подачи, угла опережения вспрь1скивания топлива ' и уменьшения давления подъема иглы распылителя форсунки.

% um ПХ 1,05

Рис.1. Циклограмма нагружения автотракторных двигателей

При выборе и разработке метода подачи абразива в двигатель учитывались действующие в настоящее время подходы, при которых ускорение изнашивания КШМ осуществляется введением кварцевой пыли в моторное масло, а для ЦПГ - введением абразивных частиц во впускной тракт или в топливо.

Из анализа существующих методов установлено, что для

получения коэффициентов ускорения, при которых эксплуатационные эпюры износов не искажаются, для ЦПГ достаточно ограничится одноразовым растворением абразива в каждой порции топлива. Для КШМ необходимо выполнить ряд условий, обеспечивающих систематическое дозирование абразива в масло в связи с наличием фильтрующих элементов двигателя и

оседанием части абразива в масляной магистрали. Специально разрабо-~ 1 I танный дозатор позволяет "^YTToCM —I 1 равномерно подавать аб-

разив в масло с учетом работы системы фильтрации. Отличительной особенностью разработанного дозатора является организация подачи абразива за центробежным фильтром без его отключения. Дозирование регулируется с учетом особенностей и параметров системы смазки. Схема дозатора приведена на рис.2. По схеме, методу и конструкции дозатора получено положительное решение на изобретение.

Рис.2. Схема дозатора абразива в систему смазки двигателя

4. Экспериментальные исследования.

Исследования по обоснованию режимов испытаний, состава и дозировок абразивных компонентов выполнялись на дизелях Д-65 и Д-240, так как для этих объектов имелось достаточно эксплуатационных данных для оценки уровня моделирования процессов изнашивания основных сопряжений и динамики технико-экономических параметров.

Ускоренные ресурсные испытания проводились применительно к двигателям Д-65Н. Испытания двигателей осуществлялись по группам: 1) новые двигатели в количестве 3-х штук, данные их испытаний были приняты в качестве эталона 100% доремонтного ресурса; 2) партии двигателей, отремонтированных УОРМЗ с различным послеремонтным ресурсом по специально разработанной системе допускаемых размеров по 3 двигателя с 80%-м, 60%-м и 40%-м ресурсами - всего 9 двигателей.

Испытания проводились на испытательной станции Малоярославецкого опытно-производственного акционерного завода в 1991-1992 г.г.

Испытания проводились на тормозном стенде, оборудованном автоматизированной системой управления, обеспечивающей воспроизведение заданных циклов нагружений и режимов работы дизелей, с записью получаемых основных параметров в интервале 1,5...2ч. и результатов обработки данных. Определялись и фиксировались затраты на устранение отказов, расход кар-терного масла и топлива, убытки от снижения производительности. С применением уравнения (6) и формул (8) определялся расчетный ресурс Т и коэффициенты Ах, Аки Ат и А» динамики технико-экономических параметров.

Автоматизированный стенд был аттестован, средства измерений и установка, созданная на базе гидротормоза «Цельнер» (ФРГ), удовлетворяли требованиям ГОСТ 8.457-81 ГОСТ 8.437-81 и 18509-88. Циклическое на-гружение коленчатого вала осуществлялось от насоса гидросистемы. Концентрация элементо-органической присадки АЛЛ - 4Д в топливном баке постоянно сохранялась на уровне 75% по весу.

Кварцевая пыль с удельной поверхностью 5600 см2/г подавалось в моторное масло дозатором со скоростью 0,12 г/ч.

С периодичностью 12часов (230-250м-часов) измерялись параметры дизеля при установке эталонной топливной аппаратуры (взамен технологической, используемой при испытаниях).

Остановка дизеля в цикле допускалась только в случаях возникновения отказов.

После окончания испытаний дизели подвергались разборке, для оценки технического состояния и микрометрирования деталей.

По результатам испытаний (рис.3) функции параметров дизелей Х(7), СО), 0(1), КС) и суммарных удельных затрат 11(1) имеют плавное протекание без ярко выраженных точек, характеризующих оптимальное значение ресурса. В данном случае обязательно применение расчетных методов, так как вы-

\ руб/ч 0,8

а^^ог/ч 3

1х1СГ1ч

Рис.3. Динамика основных технико-экономических параметров и удельных затрат в процессе испытаний двигателей Д-65Н Для ресурсов: 1-100%; 2-80%; 3-60%; 4-40%

явление минимальных издержек итт связано с определением величин лишь в 3-м знаке. Поэтому в работе реализован комплекс методов, с помощью которых определяется весь спектр показателей, характеризующих ход протекания ускоренных испытаний.

В основу методик положена гипотеза о возможности прогнозирования оптимального технико-экономического ресурса машин с помощью уравнения (6) без доведения испытаний до предельного состояния объекта, если количество экспериментальных точек достаточно для получения

достоверного прогноза.

В качестве примера на рис. 4 приведен график изменения результатов определения оптимального ресурса на различных этапах испытаний нового дизеля. Из графика следует, что значение расчетного ресурса Т зависит от наработки (, при которой этот расчет производится.

- На первом этапе, вследствие недостаточной информации по причине малой наработки, а также по причине продолжающейся эксплуатационной приработки, расчетные значения ресурсов интенсивно возрастают и не дают верного представления о фактическом ресурсе.

На втором этапе, вследствие накопления достаточного количества данных, наступает стабилизация расчетного ресурса, испытания могут быть окончены, если ставится задача определения оптимального технико-экономического ресурса.

На третьем участке расчетный технико-экономический ресурс двигателя резко снижается, так как происходит заметное ухудшение его параметров, при котором возрастание числа расчетных точек не может компенсировать

интенсивное нарастание тенденции перехода в зону предельного состояния.

дАл«юэ

0.04 -

0.02 О -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 ■0.10 -0.12 ■0.Н -0.16 -0.18 -0.20 -0.22 -0.24

1 1 } * !

2 4 ! Ь/ К

4 *** "•г г10",ч

/ г

ш/

1

Рис.4. Значения расчетного ресурса дизеля Т на различных этапах испытаний I ресурса-100%

Рис.5. Зависимость ААХ от I. Для ресурсов:

1-100%; 2-80%; 3-60%; 4-40%;

Учитывая, что основными показателями, характеризующими динамику расчетного значения оптимального ресурса, являются рассчитываемые по формулам (8) коэффициенты Ах, Аи, Ат и Ах уравнения (6), рассмотрен характер их изменения в процессе испытаний на (рис.5).

В основном периоде испытаний приращения величин ДА, ААм, ААт и АЛ* отрицательны. Абсолютные значения при этом уменьшаются по экспоненциальной зависимости. Результаты определения оптимального (технико-экономического) ресурса опытных дизелей приведены в табл.2.

Таблица 2.

Результаты определения оптимального (технико-экономического) ресуса по результатам испытаний.

Номинальный ресурс,% 100 80 60 40

№ диз. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12

Технико-эконом. Ресурс,ч 8580 9060 10125 7250 8105 6425 6225 4815 5445 3625 4210 34

Средний ресурс м-ч 9255 7260 5498 3785

% 100 78,4 59,4 40,9

В следующем периоде, после перегиба, кривая ДА = Д/) пересекает нуле- ' вую линию, что соответствует окончанию периода нормальных испытаний, и с нарастающей интенсивностью резко возрастает. Это характеризует чрезмерное ухудшение технического состояния объекта, вступившего в зону аварийного изнашивания. Наработка, при которой кривая ДА пересекает ось абсцисс служит критерием необходимости прекращения испытаний.

Учитывая, что рассматриваются функции ЛЛ>., ДАм, ДЛг и £Ац, то в процессе испытаний сравниваются значения окончания испытаний по ы, 4г, Ьа и выбирают меньшее (табл.3).

Таблица 3.

Определение момента окончания полнопрограмных испытаний двигателя _Д-65Н._

Номинальное значе- Наработка до окончания испытаний, ч Минимальная

№ ние послеремонт- 1кТ наработка ^шт

п/п ного ресурса, % 1кЧ гшп

1 100 13000 12800 12700 12600 12600 100

2 80 9900 10000 9600 ,9700 9600 76

3 60 7950 8000 7850 7800 7800 62

4 40 5500 5300 5350 5400 5300 42

Анализ графика на рис.4 показывает, что технический ресурс, при котором наступает предельное состояние объекта, может определяться также по устойчивой перемене знака приращения ДГ=//).

График приведен на рис. 6. В начале процесса испытаний значения А Г резко уменьшаются, асимптотически приближаясь к нулевой линии.

В определенный момент, соответствующий приближению предельного технического состояния, на графике ДГ=.Д0 намечается резкий перелом функции, которая, пересекая нулевую линию, уходит в зону отрицательных значений ДТ.

В итоге может быть установлен сравнительно простой критерий предельного технического состояния дизеля

Г„,«„ = / при АТ < 0. (14)

Рис.б.Зависимости ДТ от I При оценке 7„„„ по формуле (14) учи-

Для ресурсов: тывают требование стабильности ре-

1-100%; 2-80%; 3-60%; 4-40%.

» ;

4

2 Л 1

4 N

3 > \

*

зультата по трем последовательным точкам с нулевой величиной ДТ.

Значения технических ресурсов дизеля Д-65Н, полученные по графикам и расчетам по формуле (14), приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Технический ресурс дизелей по результатам ускоренных испытаний.

Номинальный ресурс, % 1 00 80 60 4 0

граф ические данные,ч 1 0960 8900 6800 4 7 00

данные расчета, ч 11000 87 57 6780 4770

погрешность, % 0,37 1 ,63 0,3 1 ,64

По результатам исследований получена практическая методика определения длительности различных видов испытаний путем контроля величины отношения 1/Т = /0).

1. Технико-экономический ресурс достигается при условии, когда наработка достигает расчетной величины Т„„ по формуле (6), т.е. при ~ = ]-

2. Длительность усеченных испытаний устанавливается по значениям

при которых достигается стабилизация расчетного ресурса Т (см. табл. 5).

Для дизелей типа Д-65Н стабилизация наступает в зоне 1/Трат =0,5 с отклонениями в пределах 0,2-5,1%. Поэтому данная величина отношения может быть критериальной для оценки момента окончания усеченных ускоренных испытаний. При этом величина оптимального (технико-экономического) ресурса вычисляется по формуле:

7^ = ^/0,5 . (15).

1,25 3. Длительность полнопрограммных (до исчерпания технического ресурса) испытаний устанавливается с допустимой степенью точности по отношении г/Т) я 1,245 с погрешностью 0,16-4,0%.

При этом величина технического ресурса по результатам усеченных испытаний определяется по формуле

4.5

3.5

2.5

1.5

0.5

>4 3

2 1

/

1 /(-! ) -

■ГС*

it

(Vv экон сеч 1

Рис.7. Зависимости (t/T) от t. Для ресурсов:

1-100%; 2-80%; 3-60%; 4-40%.

Г« =1,245^/0,5)= 2,49/^,4 . (16) Графическая интерпретация практической методики приведена на рис.7.

5. Расчет экономической эффективности

Экономическая эффективность определялась применительно к одной испытательной аккредитованной лаборатории.

(оо от \

......... А, (17)

Э =

где

•У" т

; о(» от

— = и =и -2- = и =и

ЦТ ^у ^сумуск ^ уск

- удельные издержки и затраты в процессе длительных эксплуатационных и ускоренных лабораторных испытаний единичного объекта; 0п = и IV,-2 = 1У„ - соответствующие продолжительности испытаний.

Учтем, что двигатели ремонтируются с различным послеремонтным ресурсом -80% , 60% , 40% , при которых удельные эксплуатационные издержки различны, и ежегодно для каждого ремонтного предприятия должны быть испытаны 3 двигателя, по одному для каждого послеремонтного ресурса. В этом случае

^суи ¿л ^. | — и(нт^счт +

I

к< ус* " ~ Ууск^ускт иускх?уск№ ^ иускХ^уккАИ > 0

А= и, - количество комплектов их 3-х двигателей, испытываемых за 1 год.

В итоге получаем формулу

Издержки, связанные с проведением длительных испытаний отремонтированного дизеля, определяются по формуле

и^ХоЮ^О^Со+и^ +имт +иТт+и»т +иа+иХТ , (20)

где,Х«+ и>.0>, Ст$т+ и711\ С.А/+ имт, С0+ и,}}) - эксплуатационные удельные издержки на устранение последствий отказов, расход топлива и масел, снижение производительности; 1!а и их[, - удельные затраты на сезонное обслуживание и хранение. Эти затраты не учитываются, т.к. они компенсируются выполнением дополнительных работ в процессе ускоренных испытаний.

Затраты на обслуживание, обработку и анализ данных испытаний имеют место для обоих видов испытаний, поэтому в расчетах эффективности не учитываются. Это относится также к стоимости объектов испытаний и транспортным расходам. Учитываются оборудование лаборатории Аам, аренда помещений Аам, расход электроэнергии Аэ. Сокращение времени полнопрограмных ускоренных испытаний в сравнении с длительными эксплуатационными принято с коэффициентом 20.

Основные расчетные данные приведены в таблицах 5, 6 и 7.

Таблица 5.

Определение затрат, связанных с длительными эксплуатационными испытаниями комплекта из 3-х двигателей.

Ре-сурс% Длит. исп. Мото ч Хо (/7^7 Со {Дг их ит Ест руб

руб/ч руб/ч руб/ч руб/ч руб/ч руб/ч руб/ч руб/ч

80 8960 0,0053 0,7532 0,0291 1,63 1,6243 0,0303 0,0434 0,802 43767

60 6800 0,0057 0,7532 0,0333 1,63 1,735 0,0396 0,0434 0,807 34355

40 4700 0,0061 0,7532 0,0369 1,63 1,7939 0,0535 0,0586 0,718 24159

Таблица 6.

Определение затрат, связанных с ускоренными полнопрограммными испытаниями комплекта из 3-х двигателей.

Ресурс % Длительность р '-'сум X £сум А. ам Л ам А, Епбщ

Руб руб руб руб руб руб

80 445 2188 5114 429 4286 90 9949

60 340 1718

40 235 1208

Таблица 7.

Определение затрат, связанных с ускоренными усеченными испытаниями комплекта из 3-х двигателей.

Ресурс % Длительность р '-'Сум ^ ¿»сум А' А" А,

руб руб руб руб руб руб

80 180 885 2030 167 1667 30 3894

60 135 682

40 90 463

С учетом данных таблиц 5,6 и 1 по формуле (19) определяем экономическую эффективность работы одной испытательной станции из 3-х стендов.

При односменной работе (8часов) и ЗООрабочих днях для 3-х испытательных стендов лимит времени составляет: 300 х 8 х 3 = 7200 часов/ год.

Для полнопрограммых испытаний 1 комплекта из 3-х дизелей затраты времени

80% - 445ч; 60% - 340ч; 40% - 235ч. Всего - 1020ч.

Для усеченных испытаний соответственно

80%-180ч; 60%-135ч; 40% - 90ч. Всего - 405ч.

Поэтому для испытательных станций годовая программа составляет: для полнопрограммых испытаний - 7200:1020 - 7 комплектов; для усеченных испытаний - 7200:405 = 18 комплектов.

Экономический эффект на 1 испытательную лабораторию в ценах 1997г. составляет: для 7 мотороремонтных предприятий при полнопрограммных испытаниях - Э п = 0,647 млн. руб/год; для 18 мотороремонтных предприятий при усеченных испытаниях - Э18 = 1,711 млн. руб/год.

Общие выводы и рекомендации.

1. Для оценки качества отремонтированных дизелей с целью сертификации продукции следует применять разработанный в настоящем исследовании комплексный метод ускоренных испытаний. Метод обеспечивает 20-кратное ускорение в сравнении с длительными эксплуатационными испытаниями при удовлетворительном моделировании динамики технико - экономических параметров дизеля, изнашивания основных деталей и сопряжений.

2. По результатам выполненных исследований оптимальное моделирование достигается за счет применения уплотненных чередующихся циклов на-гружения от максимального до минимального крутящего момента при полной подаче топлива в сочетании с циклическим изменением оборотов холостого хода от минимальных до максимальных. Ускоренное изнашивание ЦПГ обеспечивалось растворением в топливе присадки, а КШМ - дозированной подачей кварцевой пыли в моторное масло, специально разработанным дозатором.

3. Для получения сопоставимых результатов испытаний в каждой испытательной лаборатории, в любой зоне эксплуатации и при любом виде после-ремонтных работ двигателя, разработана специальная методика, основанная на принципе эталонирования сертифицируемого объекта. Оценка ресурса отремонтированных двигателей производится в процентах относительно результатов испытаний новых машин.

4. Для регистрации и обработки данных на всех этапах испытаний разработана специальная автоматизированная методика с применением алгоритмов и программ, позволяющих оценивать результаты исследования с высокой достоверностью. Например, использовано обобщенное уравнение оптимизации срока службы объекта - для определения моментов окончания усеченных испытаний, исчерпания оптимального (технико-экономического) ресурса, достижения предельного технического состояния.

5. По результатам исследований разработана упрощенная практическая методика определения момента окончания усеченных испытаний и прогнозирования послеремонтного ресурса. Длительность усеченных испытаний характеризуется изменением расчетного,ресурса от нуля до его стабилизации при пошаговом систематическом вычислении текущего его значения.

Момент окончания усеченных испытаний определяется наработкой (стт-, = !гс\ достижение оптимального (технико-экономического) ресурса - наработкой /„13 = достижение предельного состояния - наработкой 1пред= 1,245?,,, э = 2,49 ? 1г. 6. Экономическая эффективность внедрения метода ускоренных испытаний применительно к работе одной испытательной аккредитованной лаборатории, оборудованной тремя испытательными установками, в сравнении с длительными эксплуатационными испытаниями составляет в ценах 1997 года: для полнопрограмных испытаний 21 . двигателей применительно к 7 мотороремонтным предприятиям - 0,647 млн. руб; для усеченных испытаний 54 двигателей применительно к 18 мотороремонтным предприятиям - 1,711 млн. руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Текущее А.Х. и др. Способ ускоренных испытаний двигателей внутреннего сгорания. Положительное решение по заявке на изобретение от 27.01.1993 г., а.з. № 2015894.

2. Текушев А.Х. и др. Сертификация отремонтированных дизелей по результатам ускоренных испытаний на послеремонтный ресурс. Информационный вестник Диссертац. Совета 063.72.04. Вып.2. Саранск, 1997.-С. 66-74.

3.Текушев А.Х. и др. Метод ускоренных испытаний дизелей на послеремонтный ресурс с целью оценки качества отремонтированной продукции. Информационный вестник Диссертац. Совета 063.72.04. Вып.2. Саранск, 1997,-С.74-88.

4. Текушев А.Х. и др. Методы формирования технических требований по объектам ремонта с учетом технического состояния ремфонда. Информационный вестник Диссертац. Совета 063.72.04. Вып.2. Саранск, 1997,-С.103-108.

5.Текушев А.Х. и др. Определение оптимального ресурса и стоимости ремонта дизеля по результатам дефектации. Информационный вестник Диссертац. Совета 063.72.04.Вып. З.Саранск, 1998.- С.155-166.