Информационно-измерительная система для оценки и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания по параметрам вибраций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат технических наук Криволапов, Вячеслав Павлович

• Криволапов, Вячеслав Павлович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Криволапов, Вячеслав Павлович

Введение

I. Постановка задачи по определению возможности оценки и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания по параметрам вибраций II

1.1. Обоснование выбора топливной аппаратуры дизеля в качестве объекта диагностирования . II

1.2. Анализ параметров влияющих на техническое состояние топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания

1.3. Критерии оценок работоспособности топливной аппаратуры дизелей

1.4. Анализ существующих методов и средств оценки и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры дизелей.

1.5. Постановка задачи по реализации информационно - измерительной системы для оценки и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры дизелей

1.6. Выводы

2. Теоретические аспекты создания и оценки диагностических моделей оптимальной сложности

2.1. Анализ существующих методов построения диагностических моделей

2.2. Анализ существующих методов выбора критериев оценок диагностических моделей

2.3. Построение и выбор диагностической модели оптимальной сложности топливной аппаратуры двигателя внутреннего сгорания

2.4. Выводы

3. Методы обработки информации для оценки и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания

3.1. Анализ существующих методов обработки виброакустической диагностической информации. Методы разделения источников вибраций

3.2. Метод "привязки" диагностической информации к фазе поворота коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и организация фазового "окна"

3.3. Применение методов обработки информации к задаче диагностирования и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания

3.4. Выводы

4. Принципы организации информационно - измерительной системы для оценки и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания

4.1. Анализ существующих методов построения систем диагностирования и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания

4.2. Построение информационно - измерительной системы на базе микро-ЭВМ

4.3. Анализ погрешностей МИС.III

4.4. Выводы

5. Результаты внедрения и оценка технико-экономической эффективности ИИС

5.1. Анализ теоретических и экспериментальных данных по результатам эксплуатации ИМС

5.2. Определение технико-экономической эффективности МИС для оценки и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания по параметрам вибраций

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-измерительная система для оценки и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания по параметрам вибраций»

Прогресс в машиностроении в значительной степени связан с созданием высокоэффективных и надежных машин и механизмов. Для успешного решения проблемы обеспечения высокого качества и надежности при разработке, производстве и эксплуатации разнообразных технических устройств и систем различных типов большое значение имеют средства информационно - измерительной техники, в том числе с применением микропроцессорных систем и микро-ЭВМ. Можно указать три основных направления развития информационно-измерительных систем (ИИС):

- создание оптимальных систем управления;

- разработка систем, идентифицирующих функциональное состояние машин и механизмов, с целью доводки и усовершенствования их конструкции;

- создание систем контроля, диагностики и прогнозирования технического состояния различных устройств для обеспечения таких эксплуатационных характеристик, как надежность, остаточный ресурс, экологические показатели, а также для эффективного использования топливно-энергетических ресурсов.

Повышение эффективности промышленных объектов идет по пути совершенствования как самих технологических процессов и оборудования, так и процессов управления ими с целью снижения издержек производства. Особое внимание уделяется повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов и связанных с ними экологических показателей машин и механизмов. Поэтому, перед машиностроением поставлена задача создания и внедрения средств технического диагностирования и определения остаточного ресурса машин и оборудования.

Разработка методов и средств технической диагностики требует проведения исследований в целом ряде направлений. К ним следует отнести исследование рабочих процессов объектов диагностирования в широком диапазоне эксплуатационных режимов, процессов формирования диагностических сигналов и их измерений, проблем идентификации технического состояния по результатам измерений. Являясь частью системы технического обслуживания машин и механизмов, диагностика должна быть оптимально согласована с этой системой для обеспечения максимальной эффективности.

Наиболее важными показателями двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются надежность и эффективность функционирования, а также экологические показатели. Эти параметры формируются на стадии разработки и изготовления ДВС и реализуются в период эксплуатации. Однако, в процессе эксплуатации в результате физических, химических и других воздействий техническое состояние узлов, блоков и систем ДВС ухудшается, что приводит к постепенным и внезапным отказам.

Для предупреждения отказов была разработана и внедрена в производство планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта двигателей, которая основана на опыте и практике эксплуатации ДВС (метод статистического диагностирования или метод экспертных оценок) определенного класса и назначения. Эта система обладает рядом недостатков, а именно /1,2/:

- ремонтно-регулировочные работы проводятся с двигателем находящимся в работоспособном состоянии и не нуждающимся в них;

- скрытый отказ, появившийся в период эксплуатации, выявляется и устраняется только во время проведения регламентных работ. Таким образом, планово-предупредительная система не учитывает реального технического состояния ДВС.При этом увеличиваются эксплуатационные расходы, уменьшается ресурс двигателя, повышаются трудовые затраты, снижается эффективность использования горюче-смазочных материалов, что ведет к снижению технико-экономической эффективности функционирования ДВС.

Качество работы топливной аппаратуры (ТА) в значительной степени определяет эффективность работы двигателя и его экологические показатели. В то же время, ТА представляет собой один из наименее надежных узлов ДВС, на техническое обслуживание которого затрачиваются значительные средства. Поэтому, определение и прогнозирование технического состояния ТА ДВС представляет собой актуальную задачу.

Одним из очень важных требований, предъявляемых к системам диагностики в условиях эксплуатации является применение безразборных методов диагностирования. Это связано с сокращением времени поиска дефекта и уменьшением материальных и трудовых затрат предприятия. К таким методам следует отнести виброакустическую диагностику, которая не требует демонтажа и разборки оборудования, а также является наиболее чувствительной к различным отклонениям технического состояния объекта от нормы. Эффективность виброакустических методов также обусловлена возможностью автоматизации процессов сбора информации и применения для ее обработки микропроцессорной техники, с целью организации процедур диагностирования с использованием современного математического аппарата.

Исходя из этого следует, что разработка и создание информационно-измерительной системы (иис) для диагностирования и прогнозирования технического состояния ТА ДВС с использованием безразборных методов представляет собой актуальную задачу.

Основной целью данной работы является повышение надежности, улучшение экономических и экологических показателей ДВС, что в свою очередь достигается путем решения научно-технической задачи по разработке методов, алгоритмов, программного обеспечения и аппаратных средств ИИС для оценки и прогнозирования технического состояния ТА ДВС по параметрам вибраций с использованием в качестве ядра системы микро-ЭВМ.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: ,

1. Разработка методов построения математических моделей и создание с использованием этих методов диагностических и прогнозирующих моделей технического состояния ТА ДВС.

2. Разработка методов и средств разделения источников вибраций.

3. Разработка структурной схемы ИИС с анализом погрешностей и методов повышения достоверности первичной виброакустической информации.

4. Разработка алгоритмов и программ для обеспечения функционирования ИИС.

5. Разработка и изготовление аппаратных средств ИИС на базе микро-ЭВМ.

6.Внедрение ИИС в практику работы и проверка ее эффективности.

При решении поставленных задач теоретические исследования проводились с использованием методов структурного и корреляционно-регрессионного анализов, метода группового учета аргументов, теории графов, алгоритмов, распознавания образов и планирования экспериментов, а также метода экспертных оценок при создании экспертных систем. Разработанные методы и технические средства позволяют снизить затраты на техническое обслуживание ДВС, уменьшить расход топлива в период эксплуатации, улучшить.экологические показатели.

На основании полученных в процессе исследований данных построены диагностические и прогнозирующие модели ТА ДВС типа ДЮО, а также алгоритмы и программное обеспечение для диагностики и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры этих ДВС. Кроме того,разработано и внедрено в производство аппаратное обеспечение ИИС на базе микро - ЭВМ класса не ниже СМ1803 с внутрима-шинным интерфейсом типа И41 (специальные блоки для связи с объектом). Разработанная ШС применяется:

- в локомотивном депо ст. Сызрань Куйбышевской ж.д при проведении реостатных испытаний тепловозов, что подтверждается актом внедрения (Приложение 1);

- на кафедре "Локомотивы" Самарского института инженеров железнодорожного транспорта им. М.Т.Елизарова (СамИИТа) для научных исследований с целью расширения функций МИС.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Метод построения диагностических и прогнозирующих моделей оптимальной сложности.

2. Метод разделения источников вибраций при вводе виброакустической информации в память микро-ЭВМ.

3. Метод повышения достоверности вводимой в память микро-ЭВМ виброакустической информации.

4. Алгоритмы и машинные программы для функционирования МИС при использовании микро-ЭВМ системы как в режиме съема, диагностирования и прогнозирования технического состояния ТА ДВС, так и в режиме построения моделей оптимальной сложности.

5. ШС для оценки и прогнозирования технического состояния ТА ДВС по параметрам вибраций на базе микро-ЭВМ.

Разработанная ИИС предоставляет возможность эффективно оценивать и прогнозировать техническое состояние топливной аппаратуры ДВС, что в свою очередь, позволяет снизить издержки, связанные с расходом горюче-смазочных материалов, изменением мощности ДВС, отдаваемой в нагрузку, улучшить экологические параметры ДВС. Кроме того, разработанная ММС может применяться для диагностирования и прогнозирования технического состояния циклически работающих машин и механизмов. Предложенный метод построения диагностических и прогнозирующих моделей оптимальной сложности может быть использован для' построения математических моделей объектов и систем рассматриваемого класса, причем количество входных и выходных переменных, тезаурус моделей, используемых для получения модели объекта ограничивается только емкостью запоминающего устройства микро-ЭВМ, используемой для построения модели. Следует отметить, что разработанная ММС является системой открытого типа, т.е. предоставляет возможность для расширения своих функций, что позволяет использовать ее для диагностирования и прогнозирования большинства узлов и систем ДВС.

I. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВОЗМОЖНОСТИ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПО ПАРАМЕТРАМ ВИБРАЦИЙ