авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО

ТРАНСПОРТА»

На правах рукописи

Викулов Станислав Викторович

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМОВ

ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ

ДИЗЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

Специальность 05.08.05. – «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Глушков Сергей Павлович НОВОСИБИРСК – ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ.……………………………………………………………………… ГЛАВА 1 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ: СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ………………...………………………………... 1.1 Значение, роль и место технической диагностики основных элементов судовых дизелей в системе технической эксплуатации флота речного пароходства...………………………………………..………… 1.2 Обзор и анализ работ по техническому диагностированию среднеоборотных и высокооборотных двигателей внутреннего сгорания...……………………………………………………………...………... 1.3 Обзор и анализ методов и средств диагностирования двигателей внутреннего сгорания по параметрам работающего моторного масла...……. 1.4 Обзор и анализ работ по методам оценки состояния элементов линии коленчатого вала судовых дизелей…………………………………….. 1.5 Обзор и анализ методов и средств диагностирования судовых дизелей по крутильным колебаниям......……………………………………… 1.6 Выводы по обзору. Постановка задач исследования....………………….. ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ……………………….... 2.1 Системный анализ комплекса «судовой дизель – работающее моторное масло – валопровод судовой энергетической установки – система технической эксплуатации флота речного пароходства»…………... 2.2 Теоретическое обоснование выбора комплекса диагностических параметров состояния трущихся деталей, работающего моторного масла и систем дизеля.....……………………..………………………………... 2.3 Математическое моделирование алгоритмов диагностирования по параметрам работающего моторного масла и их функционирование в системе технической эксплуатации флота пароходства......……………….. 2.4 Теоретические основы исследования информативности диагностических параметров....………………………………………………. 2.5 Теоретический анализ параметров крутильных колебаний для диагностирования элементов валовой линии судового дизеля ……...... 2.5.1 Математическое моделирование расчёта собственных частот и форм крутильных колебаний валовой линии дизельной судовой энергетической установки...…………………………………….....……….. 2.5.2 Теоретический анализ работы возмущающих моментов валовой линии дизельной судовой энергетической установки..…………………... 2.5.3 Математическое моделирование вынужденных колебаний валовой линии дизельной судовой энергетической установки...………... 2.6 Общие закономерности построения математических моделей прогнозирования состояния основных элементов судовых дизелей....…… 2.7 Основные результаты исследования. Выводы…………………………... ГЛАВА 3 МЕТОДОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИН ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ. ВЫБОР ЧИСЛА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ….………………………………………….. 3.1 Организация проведения опытных исследований.....…………………... 3.2 Методика проведения экспрессного спектрального анализа работающего моторного масла.....……………………………………………. 3.3 Методики проведения физико-химических анализов работающего моторного масла......…………………………………………………………… 3.3.1 Определение содержания механических примесей работающего моторного масла..…..……………………………………………………….. 3.3.2 Определение водородного показателя, щелочного и кислотного чисел работающего моторного масла....…………………………………… 3.3.3 Определение температуры вспышки работающего моторного масла.....………………………………………………………………………. 3.3.4 Определение содержания воды в работающем моторном масле.

..... 3.3.5 Определение вязкости работающего моторного масла....…………... 3.4 Выбор числа объектов исследования для оценки их технического состояния по параметрам работающего моторного масла...………………... 3.5 Методика проведения измерений параметров крутильных колебаний валовой линии при помощи комплекса БАГС-4...……………… 3.5.1 Автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс БАГС-4....………………………………………………………….. 3.5.2 Стендовая экспериментальная установка……………………………. 3.5.3 Результаты стендовых измерений крутильных колебаний валовой линии....……………………………………………………………... 3.5.4 Анализ амплитудно-частотной характеристики крутильных колебаний валовой линии судовой энергетической установки....………... 3.6 Основные результаты исследования. Выводы....………………………... ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПО ПАРАМЕТРАМ РАБОТАЮЩЕГО МОТОРНОГО МАСЛА.…………. 4.1 Математическое моделирование и результаты расчёта корректируемых диагностических нормативов дизелей Г70-5...…………... 4.2 Математическое моделирование и оптимизация обучающегося алгоритма диагностирования состояния основных элементов дизелей Г70-5...………….....…………………………………………………... 4.3 Разработка методики прогнозирования остаточного ресурса цилиндровых втулок дизелей Г70-5 по средней концентрации железа в работающем моторном масле………………………………………. 4.4 Разработка методики диагностирования состояния цилиндровых втулок дизелей Г70-5 по общей загрязнённости работающего моторного масла...……………….……………………………….....…………. 4.5 Основные результаты исследования. Выводы…………………………... ГЛАВА 5 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ВЫСОКООБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПО ПАРАМЕТРАМ РАБОТАЮЩЕГО МОТОРНОГО МАСЛА……...…... 5.1 Экспериментально-теоретическое исследование влияния нагрузки на ресурс дизелей 12ЧСН 18/20....……………………………………………. 5.2 Математическое моделирование и результаты расчета диагностических нормативов дизелей 12ЧСН 18/20.....……………………. 5.3 Разработка методики диагностирования состояния деталей цилиндропоршневой группы дизелей 12ЧСН 18/20 по угару работающего моторного масла...….………………………………...……….. 5.4 Разработка математических моделей и методик прогнозирования остаточного ресурса деталей цилиндропоршневой группы дизелей 12ЧСН 18/20 по комплексу параметров работающего моторного масла….. 5.5 Основные результаты исследования. Выводы…………………………... ГЛАВА 6 МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ВАЛОВОЙ ЛИНИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПО ПАРАМЕТРАМ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ.…...…….......……….. 6.1 Измерение крутильных колебаний валовой линии судовой энергетической установки при эксплуатации теплоходов………………….. 6.1.1 Характеристики объекта исследования.……………………………... 6.1.2 Расчёт собственных частот и относительных амплитуд крутильных колебаний валовой линии теплохода проекта 1741А….....… 6.2 Разработка методики диагностирования силиконового демпфера крутильных колебаний судового дизеля……………....…………………….. 6.3 Результаты исследования информативности диагностических параметров спектрограммы крутильных колебаний при оценке состояния силиконового демпфера.....……………………………………….. 6.4 Разработка математической модели и методики прогнозирования остаточного ресурса коленчатого вала дизеля по параметрам крутильных колебаний…………………………………………………………....………... 6.5 Основные результаты исследования. Выводы...………………………… ГЛАВА 7 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КОМПЛЕКСА ИССЛЕДОВАНИЙ..………………………………………….. 7.1 Система диагностирования судовых дизелей методом комплексного анализа работающего моторного масла......…………………. 7.2 Экономическая эффективность от внедрения диагностики судовых дизелей по комплексу параметров работающего моторного масла...……… 7.2.1 Общая часть.…………………………………………………………… 7.2.2. Расчет издержек по устранению дефектов………………………….. 7.2.3. Расчет текущих затрат на содержание и эксплуатацию спектральной установки…………………………………………………….. 7.2.4. Расчет капитальных вложений на создание системы диагностирования...………………………………………………………….. 7.3. Внедрение результатов исследований..………………………………….. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ..…………………………………….. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……..……………………………………………… ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………….. ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы. Эффективность эксплуатации главных судовых дизелей определяется, по существу, показателями надёжности, экономично сти, ресурса работы и трудоёмкости их обслуживания [18, 26, 33, 44, 52, 76, 98, 101, 102, 123, 128, 169, 187, 190]. В сложившихся рыночных условиях хо зяйствования улучшение этих показателей приобретает особую актуальность для отдаленных районов Сибири и Дальнего Востока, где водный транспорт является основным, а зачастую – единственным видом транспорта, способ ным доставлять грузы в больших количествах. В решении проблемы обеспе чения надежной и ресурсосберегающей эксплуатации судовых дизелей важ ная роль принадлежит внедрению технологий диагностирования, основанных на эффективных методах и алгоритмах, повышающих достоверность оценки их состояния.

Ресурсные показатели и экономичность работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) различного назначения (в том числе главных дизелей речных судов) в значительной мере определяются износным состоянием трущихся деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ), кривошипно-шатунного меха низма (КШМ), подшипников коленчатого вала, а также усталостной прочно стью его элементов. Следовательно, очевидна необходимость разработки методов оценки их состояния, что подтверждается многочисленными иссле дованиями [10, 12, 16, 27, 32, 33, 38, 46, 59, 62, 69, 76, 80, 94, 126, 141, 146, 164, 165].

Проведённые исследования и производственный опыт транспортных предприятий, эксплуатирующих ДВС, показали, что наиболее эффективным методом, позволяющим заблаговременно оценивать состояние большого числа трущихся деталей, смазочных свойств масла и некоторых систем дви гателя без вывода его из эксплуатации, является диагностирование и прогно зирование на основе спектрального анализа продуктов износа в работающем моторном масле (РММ). Широкое распространение метод оценки состояния ДВС различного назначения по параметрам РММ получил за рубежом [101, 197 – 202, 204 – 212, 215]. В нашей стране накоплен большой эксплуатацион ный опыт такого диагностирования тепловозных дизелей [65, 125, 133, 139, 144, 146, 185], двигателей автомобилей [25, 59, 71, 80, 89 – 91, 95, 124, 168], тракторов [17, 69, 80, 96, 127, 141, 164, 184, 191], газотурбинных двигателей самолётов [75, 112, 121, 137, 143, 177]. В меньшей степени нашёл примене ние данный метод при эксплуатации судовых дизелей речного и морского флота [28, 34, 40, 47, 62, 115, 131, 147, 169].

Анализ существующих методов и средств оценки усталостной прочно сти элементов валовой линии судовой энергетической установки (СЭУ) [1, 3, 55, 76, 88, 101, 130, 192, 193, 203, 214, 216] позволяет утверждать, что для этих целей в настоящее время наиболее эффективным является метод вибро диагностики крутильных колебаний (КК) с применением автоматизирован ных портативных измерительно-вычислительных комплексов типа БАГС- [56]. Информация здесь обрабатывается на основе современных информаци онных технологий, использующих максимальные возможности компьютер ной техники [4, 43, 49, 56, 57, 192], и отличающихся экспрессным получени ем параметров амплитудно-частотной характеристики КК на основе быстро го преобразования Фурье.

Отдавая должное выполненным исследованиям по системному модели рованию алгоритмов диагностирования ДВС, например, по параметрам экс прессного спектрального анализа РММ, необходимо отметить, что здесь имеется целый ряд нерешенных теоретических и практических задач. Алго ритмы не универсальны и в большинстве случаев не приемлемы к конкрет ным условиям эксплуатации дизелей речных судов. Для диагностирования усталостных повреждений элементов валовой линии судовых дизелей подоб ный опыт к настоящему времени весьма ограничен. Более того, тесная взаи мосвязь усталостных процессов, происходящих в системе «судовой дизель – работающее РММ – валовая линия СЭУ», общее целевое назначение её в системе технической эксплуатации флота (ТЭФ) пароходства – обеспечение надёжности, долговечности и экономичности работы – приводят к необходи мости при моделировании оптимальных алгоритмов диагностирования рас сматривать данные системы как единый комплекс с позиций системного подхода. Это позволит с наименьшими затратами, используя внутренние ре зервы системы, эффективно управлять техническим состоянием сложивше гося парка дизелей.

Сказанное подтверждает, что задачи разработки эффективных методов моделирования алгоритмов диагностирования основных элементов эксплуатируемых судовых дизелей в условиях речного пароходства или судоходной компании как по параметрам РММ, так и КК с привлечением других информативных показателей далеки от своего полного решения, поэтому являются весьма актуальными.

Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по направлению «Создание методов, технических средств и технологий технической диагностики основных деталей судовых механизмов и энергетического оборудования с оценкой ресурса их работы».

Объектом исследований являлся парк среднеоборотных и высокообо ротных дизелей, эксплуатируемых на речных судах в условиях Западно Сибирского региона.

Предметом исследований являлись оценка, анализ и идентификация технического состояния элементов судовых дизелей на основе информации, поступающей с параметрами работающего моторного масла и динамически ми характеристиками крутильных колебаний коленчатого вала.

Научная гипотеза. Исследуя стохастическое изменение величин ком плекса диагностических параметров, характеризующих техническое состоя ние парка судовых дизелей, на основе системного подхода можно создать оп тимальные системные модели, алгоритмы и методики диагностирования, по зволяющие с наименьшими затратами, используя внутренние резервы систе мы, эффективно управлять техническим состоянием сложившегося парка ди зелей.

Цель работы. Цель диссертационной работы состоит в разработке тео ретических положений системного моделирования алгоритмов диагностиро вания элементов дизеля, лимитирующих его надежность и моторесурс, соз дании на этой основе эффективных методов и прикладных методик диагно стирования и их практической реализации в системе ТЭФ пароходства или судоходной компании.

Методы исследования. Теоретической и методологической базой для достижения поставленной цели работы являлись научные положения сис темной методологии, теории вероятностей и математической статистики, теории распознавания образов, теории ДВС, теории колебаний и математиче ского моделирования на ЭВМ. В экспериментальном исследовании и практи ческом использовании результатов данной работы применялись современ ные физико-химические методы и методики (экспрессная эмиссионная спек трометрия, фотоэлектрическая колориметрия, потенциометрия и др.), изме рительно-вычислительный комплекс БАГС-4, аттестованные и поверенные приборы. Обработка статистических данных и моделирование алгоритмов диагностирования и прогнозирования выполнены с применением ЭВМ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: обоснованностью исходных теоретических положений, вытекающих из физической картины исследуемых явлений и опыта эксплуатации судовых дизелей, адекватностью теоретических моделей многочисленному статистическому материалу практического использования для эксплуатируемых дизелей, широкой апробацией и внедрением.

Научная новизна диссертационной работы сводится к следующему:

– на основе принципов системной методологии разработаны теоретиче ские положения построения диагностической модели комплекса «судовой дизель – РММ – валовая линия СЭУ – система ТЭФ пароходства», отличаю щейся от существующих моделей более полным и эффективным использова нием располагаемой информации;

– определен комплекс диагностических параметров, позволяющий полу чить достоверную информацию о техническом состоянии основных (систе мообразующих) элементов, систем и качестве РММ судового дизеля;

– разработан принцип системного моделирования обучающегося алго ритма диагностирования основных элементов судового дизеля (на примере параметров РММ), позволяющего оптимизировать диагностические норма тивы и критерии на основе вновь поступающей статистической информации;

– разработан вероятностно-статистический метод расчета информатив ности диагностических параметров, на основе которого формируется диагно стическая матрица, обеспечивающая эффективное использование обучающе гося алгоритма диагностирования;

– разработаны математические модели и методики прогнозирования ос таточного ресурса основных трущихся деталей дизеля (на примере цилинд ровых втулок дизеля Г70-5) по средней концентрации железа в РММ и его общей загрязненности, отличающиеся простотой и высокой достоверностью прогноза;

– предложены методики диагностирования основных деталей ЦПГ вы сокооборотных дизелей по угару и комплексу параметров РММ, основанные на полиномиальном моделировании;

– разработана методика диагностирования силиконового демпфера су дового дизеля по параметрам амплитудно-частотной характеристики спек трограммы крутильных колебаний валовой линии, отличающаяся вероятно стно-статистическим подходом к распознаванию;

– предложен метод исследования информативности амплитудно частотной характеристики спектрограммы крутильных колебаний дизеля, ос нованный на вероятностно-статистическом подходе и отличающийся полным учетом частотного диапазона в установлении диагноза;

– разработаны математическая модель и методика прогнозирования ос таточного ресурса коленчатого вала дизеля по средней амплитуде спектро граммы крутильных колебаний валовой линии, отличающиеся простотой и высокой достоверностью прогноза.

Практическая ценность и реализация работы заключается в разра ботке научно обоснованных математических моделей, алгоритмов и методик диагностирования и прогнозирования основных элементов эксплуатируемых судовых дизелей по комплексу параметров работающего моторного масла и крутильных колебаний валовой линии. Результаты диссертационной работы доведены до практической реализации путем создания и внедрения системы диагностирования дизелей по параметрам работающего моторного масла в Западно-Сибирском речном пароходстве (Приложение 1), приняты к внедре нию в ОАО «Томская судоходная компания» (Приложение 2), рекомендова ны Западно-Сибирским филиалом ФГУ «Российский Речной Регистр» к вне дрению на судах Западно-Сибирского региона (Приложение 3) и использу ются в учебном процессе при подготовке специалистов судомеханической специальности для речного и морского флота в Новосибирской государст венной академии водного транспорта (Приложение 4). По результатам иссле дований разработаны «Стандарт предприятия. СТП 314.536.0 – 01 – 88: Сис тема диагностирования дизелей по методу комплексного анализа смазочного масла» [147, 162] и практические рекомендации по диагностированию эле ментов валовой линии судовых дизелей по параметрам крутильных колеба ний [49, 50].

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. Диагностическая модель комплекса «судовой дизель – РММ – валовая линия СЭУ – система ТЭФ пароходства», основанная на принципах систем ной методологии.

2. Комплекс диагностических параметров: показатели РММ для оценки и анализа его работоспособности, состояния трущихся деталей и основных систем судовых дизелей;

средняя амплитуда и частотный диапазон спектро граммы КК валовой линии для оценки и анализа состояния основных эле ментов судового дизеля.

3. Системная модель обучающегося алгоритма диагностирования основ ных элементов ДВС, реализованная по комплексу параметров РММ для оценки состояния деталей ЦПГ средне- и высокооборотных судовых дизелей.

4. Метод расчёта информативности диагностических параметров для формирования матрицы, обеспечивающей эффективное использование обу чающегося алгоритма диагностирования основных элементов судового дизе ля.

5. Математические модели и методики прогнозирования остаточного ре сурса основных элементов ДВС по концентрации продуктов износа и его общей загрязненности, реализованные для цилиндровых втулок среднеобо ротных дизелей.

6. Методики диагностирования технического состояния деталей ЦПГ высокооборотных дизелей по угару и комплексу параметров РММ, основан ные на полиномиальном моделировании.

7. Методика диагностирования состояния силиконового демпфера дизе ля по параметрам крутильных колебаний валовой линии СЭУ.

8. Метод исследования информативности амплитудно-частотной харак теристики спектрограммы крутильных колебаний дизеля.

9. Математическая модель и методика прогнозирования остаточного ре сурса коленчатого вала дизеля по средней амплитуде спектрограммы кру тильных колебаний валовой линии СЭУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докла дывались, обсуждались и были одобрены на 21-27 научно-технических кон ференциях НИИВТ и ЗСНТО ВТ (Новосибирск, 1980-1986 г.г.);

НГАВТ (Но восибирск, 2007-2011 г.г.);

на межвузовской научной конференции «Филосо фия науки и техники» (Новосибирск, 2008 г.);

на научно-техническом семи наре МРФ РСФСР «Опыт экономного использования топлива и нефтепро дуктов на водном транспорте» (Куйбышев, 1982 г.);

на 43-ей научно технической конференции Сибирского автодорожного института им. В.В.

Куйбышева (Омск, 1983 г.);

на 2-ом Межведомственном совещании по коор динации работ в области технической диагностики двигателей (Ленинград Пушкин, 1983 г.);

на производственно-техническом совещании Главфлота МРФ РСФСР (Москва, 1983 г.);

на заседании технического совета ЗСРП (Но восибирск, 1984 г.);

на заседании научно-методической комиссии секции «Проблемы надёжности и технической диагностики» НТС Госстандарта по вопросу «Внедрение диагностики в систему технического обслуживания и ремонта техники» Горький, 1986 г.);

на 46-ом международном семинаре «Моделирование в компьютерном материаловедении» (Одесса, 2007 г.);

на Сибирской Ярмарке (Новосибирск, 2008, 2009, 2011 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликована 41 работа. В том чис ле две монографии [47, 49] и 20 научных статей в изданиях, рекомендуемых ВАК для опубликования материалов докторских диссертаций [41 – 46, 48].

Результаты исследований отражены также в двух научно - исследовательских отчетах о НИР, выполненном при участии автора диссертации и прошедшим государственную регистрацию [147, 151].

Личный вклад автора. Работа выполнялось на кафедре Судовых ДВС и в лаборатории Динамика и прочность судовых конструкций кафедры Со противление материалов и подъемно-транспортных машин ФБОУ ВПО Но восибирской государственной академии водного транспорта. Некоторые ча стные работы проводились автором совместно с сотрудниками кафедр этого втуза. Результаты таких исследований были опубликованы в совместных трудах. В статьях [55, 103], написанных в соавторстве, личный вклад автора составляет не менее 30%, в остальных – не менее 50%. Однако разработка общей концепции построения и положений диссертации, касающихся основ системного моделирования вероятностных обучающихся алгоритмов диагно стирования и их оптимизации, разработки конкретных методик выполнены автором самостоятельно и опубликованы в монографиях и научных статьях.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы и приложений четырех актов внедрения. Основная часть работы изложена на 304 страницах маши нописного текста, включая 49 таблиц, 60 рисунков и библиографию из наименований.

Логическая схема проведенного исследования представлена на рисунке В.1.

Рисунок В.1 – Логическая схема исследования Краткое содержание работы В первой главе «Техническая диагностика двигателей внутреннего сгорания: состояние, проблемы и задачи исследования» показана роль и значение технической диагностики в решении проблемы повышения надеж ности и эффективности эксплуатируемых судовых дизелей. Дан обзор и ана лиз работ по техническому диагностированию ДВС различного назначения.

Обосновано, что для комплексной оценки состояния основных элементов наиболее предпочтительно диагностирование по параметрам РММ на основе экспрессного спектрального анализа продуктов износа и по параметрам ам плитудно-частотной характеристики КК коленчатого вала с применением портативных автоматизированных измерительно-вычислительных комплек сов типа БАГС-4.

Отмечается, что большой вклад в научную организацию эксплуатации ДВС с использованием методов и средств диагностики внесли В.И. Бельских, А.П. Болдин, Б.В. Васильев, Н.Я. Говорущенко, П.С. Ждановский, Л.Н. Кар пов, Е.Н. Климов, В.В. Лаханин, Л.В. Мирошников, В.М. Михлин, А.В. Моз галевский, В.С. Семенов, Л.А. Шеромов и другие исследователи.

Достижения в области химмотологии и трибологии для повышения экс плуатационной надежности ДВС с замкнутой системой смазки нашли отра жение в работах В.Ф. Большакова, С.В. Венцеля, М.А. Григорьева, Г.П. Ки чи, Б.О. Лебедева, Г.П. Лышко, В.А. Сомова, В.Н. Сторожева.

В развитие теории и практики диагностирования ДВС по параметрам РММ на основе спектрального анализа большой вклад внесли работы В.И.

Гринцевича, В.Е. Канарчука, К.А. Келера, С.К. Кюрегяна, А.В. Надежкина, Э.А. Пахомова, П.Ш. Петросяна, А.И. Соколова, В.В. Чанкина и других ис следователей.

В области теории и расчетных методов крутильных колебаний различ ных вариантов СЭУ следует отметить работы А.Г. Агуреева, В.В. Алексеева, А.М. Барановского, С.П. Глушкова, П.А. Истомина, В.П. Терских и многих других ученых. Их исследования явились теоретической базой, на которой строились разработанные в настоящей диссертационной работе теоретиче ские положения моделирования алгоритмов и прикладные методики диагно стирования усталостных повреждений элементов коленчатого вала.

Анализ работ показал, что при разработке теоретических основ техниче ской диагностики машин и механизмов не всегда учитывалась специфика объекта диагностики. Кроме того, при системном представлении объекта иг норировалась роль субъекта – сложившейся системы технической эксплуата ции машин. При моделировании вероятностных алгоритмов диагностирова ния и установлении предельных нормативов и критериев не учитывалась фи зическая картина формирования статистических законов распределения зна чений диагностических параметров, не исследовались диагностическая цен ность параметров и её оптимальное использование в алгоритмах диагности рования. В связи с этим возникает необходимость в разработке теоретиче ских положений системного моделирования эффективных алгоритмов и ме тодик диагностирования основных элементов судового дизеля, заполняющих указанные пробелы. На основании выполненного анализа в диссертации бы ли сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе «Теоретические основы системного моделирования алгоритмов диагностирования основных элементов судовых дизелей»

рассматриваются теоретические основы системного моделирования алгорит мов диагностирования и прогнозирования основных элементов эксплуати руемых судовых дизелей. Проведен системный анализ комплекса «судовой дизель – РММ – валовая линия СЭУ – система ТЭФ пароходства», сформу лированы критерии для оценки и идентификации состояния основных эле ментов судового дизеля и на этой основе осуществлен выбор диагностиче ских параметров с теоретическим обоснованием метода расчета их информа тивности. Дано описание основных теоретических положений построения обучающегося алгоритма диагностирования и принципа его функционирова ния в системе ТЭФ пароходства или судоходной компании;

изложены теоре тические основы оценки и анализа технического состояния элементов вало вой линии судового дизеля по параметрам КК;

рассмотрены общие законо мерности построения математических моделей прогнозирования состояния основных элементов судового дизеля.

По результатам анализа функциональных структурно-следственных свя зей элементов предмета исследований, используя прием декомпозиции, ха рактерной для системного анализа, исследуемый комплекс представлен сис темной диагностической моделью, основанной на принципе оптимального управления. Детальный анализ прямых и обратных связей этой модели, от ражающих информационные процессы комплекса, позволил разработать ма тематические модели, алгоритмы и методики диагностирования рассматри ваемых системообразующих элементов судового дизеля.

В реальных условиях эксплуатации судовых дизелей надёжное опреде ление всех составляющих баланса продуктов износа вследствие стохастиче ского характера их накопления в РММ не представляется возможным. В свя зи с этим была принята концепция разработки методик диагностирования и прогнозирования, позволяющих с высокой достоверностью оценивать износ ное состояние эксплуатируемого дизеля непосредственно по текущим вели чинам концентрации продуктов износа в РММ. Поэтому в отличие от детер минированных уровней стабилизации концентрации продуктов износа и их интенсивностей поступления в РММ при исправном состоянии дизеля, опи санных в работах Э.А. Пахомова, В.В. Чанкина и других исследователей, в настоящей работе эти уровни представлены в виде функций случайных вели чин. Показано, что по своей физической природе эти функции являются ве роятностными математическими моделями, для построения которых необхо дим большой массив экспериментальных данных.

По данным химического состава материалов деталей исследуемых дизе лей и анализа основных факторов, снижающих их надежность и экономич ность, был сформирован комплекс диагностических параметров. В качестве основных параметров приняты текущие величины концентраций шести эле ментов-индикаторов (kFe, kCu, kPb, kSn, kCr, kAl), по которым оценивается со стояние трущихся деталей, лимитирующих надежность или ресурсные пока затели дизеля. Дополнительными параметрами выбраны текущие значения концентрации кремния (kSi), водородного показателя (pH), щелочного (ЩЧ) и кислотного (КЧ) чисел, температуры вспышки (tвсп), общей загрязненности и содержания воды (Н2О). В зависимости от вида информации о техниче ( ) ском состоянии объекта диагностирования (ОД), поступающей с РММ, диаг ностические параметры классифицированы по трем группам, каждая из ко торых наиболее полно характеризует состояние конкретных элементов ОД.

В соответствии с принципами системной методологии в работе обосно вана целесообразность построения обучающихся алгоритмов диагностирова ния, которые позволяют оптимизировать диагностические нормативы и кри терии на основе вновь поступающих статистических данных. Моделирование обучающегося алгоритма диагностирования проведено в два этапа.

На первом этапе, путем введения «зоны неопределенности» распознава ния, по методу Неймана – Пирсона рассматривалась задача нахождения пре дельных Kj пр и допустимых Kj доп нормативных значений величин основного j – го параметра K, позволяющих с установленными вероятностями ошибок первого уст «ложная тревога» и второго уст «пропуск дефекта» рода при нять однозначное решение соответственно о дефектном или исправном со стоянии диагностируемого объекта дизеля.

На втором этапе рассмотрена задача разрешения «зоны неопределенно сти» основного параметра с использованием комплекса дополнительных ди агностических параметров на основе метода статистического последователь ного анализа А. Вальда. Так как решающее правило этого метода соответст вует однородному комплексу диагностических параметров и не учитывает диагностическую ценность различных параметров и диагнозов, в решающее правило введены весовые коэффициенты, учитывающие диагностическую ценность и дисперсию j го параметра K для различных состояний Di кон тролируемых объектов дизеля.

Определение диагностической ценности (информативности) комплекса рассматриваемых параметров проведено на основе методов теории информа ции. С увеличением числа интервалов диагностическая ценность параметра возрастает или остаётся прежней, но анализ результатов при этом становится более трудоёмким. Поэтому в работе предложен критерий оптимизации, по зволяющий осуществить выбор необходимого и достаточного числа разбие ний величин параметра на интервалы.

Для разработки критериев оценки и идентификации усталостных повре ждений элементов валовой линии произведено компьютерное моделирование дискретной крутильно-колеблющейся системы дизельной СЭУ в программ ном пакете MathCAD версии 13. Расчеты собственных частот и форм кру тильных колебаний (КК), работы гармонических возмущающих моментов и их амплитуд осуществлены на основе уравнения Лагранжа второго рода. Для определения собственных значений частот и соответствующих им относи тельных собственных амплитуд использовался QR алгоритм, в настоящее время признанный одним из лучших методов решения задачи по определе нию собственных значений квадратных заполненных матриц общего вида. В работе рассмотрен моделирующий пример расчета крутильных колебаний валовой линии СЭУ теплохода проекта 121 с дизелем 4190ZLC-2 мощностью 165 кВт при частоте вращения коленчатого вала 1000 мин-1. Установлено, что в качестве критериев оценки и идентификации состояния элементов ва ловой линии следует рассматривать изменение параметров амплитудно частотной характеристики крутильных колебаний в процессе эксплуатации дизеля.

На основе анализа существующих моделей прогнозирования техниче ских объектов осуществлен выбор конкретных прогнозирующих функций для определения остаточного ресурса основных элементов судового дизеля.

В третьей главе «Методология определения величин диагностиче ских параметров. Выбор числа объектов исследования» изложена методо логия определения величин диагностических параметров РММ, проведено обоснование выбора числа объектов исследования, рассмотрены методика и результаты стендовых измерений параметров КК валовой линии при помощи автоматизированного измерительно-вычислительного комплекса БАГС-4.

Спектральный анализ концентраций продуктов износа и кремния в РММ проводился на фотоэлектрическом спектрометре МФС-5, согласно ГОСТ 20759-81. Для определения других физико-химических показателей РММ, принятых в качестве диагностических параметров, также использова лись стандартные методики и аттестованные приборы и оборудование.

По результатам статистического анализа экспериментального материала, полученного с 25 дизелей 6ЧРН 36/45, установлено, что распределения всех величин наиболее хорошо согласуются с законом гамма – распределения.

Для такого распределения рассчитано необходимое число контролируемых дизелей. Для относительной ошибки 0,15 с вероятностью P=0,95 расчета ми было установлено N = 49 дизелей, а число проб масла с одного дизеля N = 5 при периодичности отбора 200 часов. В последующие навигации все дизели Г70-5 буксиров-толкачей типа «ОТ-2000» и М400, М401А-1 скоростных су дов типа «Заря», «Восход», «Ракета», «Метеор» (более 50 единиц) были ох вачены мониторингом их состояния по параметрам РММ, что позволило по лучить достаточно надёжные и обоснованные результаты исследования.

Для измерения динамических характеристик эксплуатируемых валовых линий судовых дизелей использовался портативный автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс БАГС-4, разработанный в лабора тории «Динамика и прочность судовых конструкций» кафедры «Сопротив ления материалов» ФБОУ ВПО НГАВТ [56]. Стендовые испытания комплек са БАГС-4 проводились на экспериментальной установке, изготовленной на базе токарно-винторезного станка 1А616. Валовая линия состояла из колен чатого вала ДВС «ВАЗ- 2108» и промежуточного вала, зажатых в патрон то карного станка и поджимаемых его задней бабкой. Частота вращения вало вой линии задавалась с помощью вращения шпинделя токарного станка. Из мерения КК производились с коленчатым валом без наработки и с коленча тым валом, имеющим наработку более 4000 часов. Обработка записи измере «Analyzez@»

ний выполнялась с помощью программы электронно вычислительного комплекса БАГС-4. Результаты испытаний показали значи тельное снижение усталостной прочности коленчатого вала с наработкой по сравнению с валом без наработки.

В четвёртой главе «Результаты моделирования алгоритмов диагно стирования среднеоборотных дизелей по параметрам работающего мас ла» представлены результаты математического моделирования и оптимиза ции обучающихся алгоритмов диагностирования и прогнозирования состоя ния основных элементов среднеоборотных дизелей 6ЧРН 36/45 (Г70-5) теп лоходов «ОТ-2000». Моделирование обучающегося алгоритма диагностиро вания осуществлено на примере цилиндровых втулок среднеоборотных дизе лей Г70-5 теплоходов типа «ОТ-2000». Дизели с овальностью всех втулок меньше предельной величины пр 0,5 мм относились к исправному состоя нию D1, а дизели, у которых овальность цилиндровых втулок, хотя бы у од ного цилиндра, достигала или превышала величину пр, составили подмно жество дефектного состояния D2. В соответствии с таким разделением фор мировались массивы данных анализов масла {K ji / D1} и {K ji / D2 }. По результа там проведенного вероятностно-статистического анализа было установлено, что эмпирические массивы данных как исправного, так и дефектного и обще го состояний дизелей наиболее хорошо аппроксимируются законом гамма – распределения. В работе дано теоретическое обоснование физической карти ны формирования закона гамма – распределения.

На основе полученных результатов численного эксперимента проведено компьютерное моделирование расчёта предельных и допустимых нормативов диагностических параметров.

Корреляционно-регрессионный анализ связей между основными и до полнительными диагностическими параметрами позволил сформировать ло гический базис «параметры – состояние» для диагностики основных трущих ся деталей дизеля и его систем, который использовался на втором этапе мо делирования обучающегося алгоритма диагностирования состояния цилинд ровых втулок (разрешение «зоны неопределенности»). Для концентрации железа и дополнительных параметров масла М10В2 дизелей Г70-5 установ лена значимость всех расчетных коэффициентов корреляции, что послужило достаточным основанием для привлечения в алгоритм диагностирования со стояния деталей ЦПГ всех рассматриваемых нами параметров РММ.

В соответствии с теоретическими положениями, изложенными во вто рой главе, был проведён численный компьютерный эксперимент по выявле нию характера изменения экспериментальных величин частной и общей ди агностической ценности рассматриваемых параметров в зависимости от раз личного числа разбиений их значений на равномерные статистические ин M тервалы. Установлено, что это изменение наиболее хорошо описывается экс поненциальной зависимостью. Определение оптимального числа интервалов производилось итерационным методом путём сравнения приращения расчёт ных величин диагностической ценности двух смежных интервалов с величи ной доверительного интервала средней ошибки аппроксимации. По результа там оптимизации диагностической ценности параметров сформирована ди агностическая матрица, обеспечивающая эффективное использование обу чающегося в процессе эксплуатации дизелей вероятностного алгоритма ди агностирования. Разработанный алгоритм диагностирования представлен схемой последовательности операций. В работе даны практические рекомен дации по его применению.

В основу математической модели прогнозирования нами положена только одна из составляющих баланса – концентрация продуктов износа ос новных деталей. Разработка прогнозной модели осуществлена по результа там экспериментального материала для цилиндровых втулок, полученного с 14 исправных дизелей Г70-5, работавших на масле М10В2. Установлена до вольно тесная корреляционная зависимость средней скорости изнашивания втулок от средней концентрации железа в масле, представленная линейной регрессионной моделью с коэффициентом корреляции r 0,912. При этом абсолютная погрешность аппроксимации для уровня доверительной вероят ности составила величину g ср 5, 4 103 мм/тыс. ч, а средняя относительная ошибка g ср 11,5%. Для принятых уровней ошибки «пропуска дефекта»

уст 0,10 и ошибки «ложной тревоги» уст 0,16 установлены допустимая величина средней концентрации железа, равная 80 г/т, и соответствующая величина допустимого износа Uдоп = 0,214 мм. С учетом сезонности работы судов речного флота Сибири и Дальнего Востока, локальный прогноз осуще ствлен на период следующей навигации. Получена рабочая прогнозная фор мула. Кроме того, на основе линейной корреляционной зависимости между общей загрязненностью и концентрацией железа K Fe в РММ получена ра бочая прогнозная формула для оценки ресурса дизеля по общей загрязненно сти РММ. Апостериорные расчеты по установленным формулам подтверди ли высокую достоверность прогноза (86%).

В пятой главе «Результаты моделирования алгоритмов диагности рования высокооборотных дизелей по параметрам работающего мотор ного масла» рассмотрены результаты моделирования и оптимизации алго ритмов диагностирования высокооборотных дизелей 12ЧСН 18/20 (М400, М401А-1) скоростных судов. Анализ условий эксплуатации показал, что они работали в среднем в режиме, оставляющем около 65% от номинального ре жима. Установлено, что для всех комбинаций режимов и модификаций дизе лей не было достаточных оснований принять гипотезу о значимости расхож дений между их дисперсиями и средними величинами наработки на отказ де талей ЦПГ и рассматриваемые распределения следует отнести к одной и той же генеральной совокупности. При эксплуатации контролируемых дизелей применялось топливо марки ДС по ГОСТ 4749-73. Для смазки использова лось масло двух сортов: М16В2 (ТУ 38-10235-74) и М20В2 (ТУ 38-101166 71). Так как нормативный расход масла на угар у дизелей 12ЧСН 18/20 в 1, раза выше, чем у дизелей Г70-5, то при исправном состоянии дизелей 12ЧСН 18/20 концентрация продуктов износа теоретически должна стабилизиро ваться на более низком уровне, чем в дизелях Г70-5. Анализ эксперимен тального материала показал, что концентрации железа у дизелей 12ЧСН 18/20 действительно в 1,5 2 раза ниже, чем у дизелей Г70-5.

Математическое моделирование и расчёты диагностических нормативов дизелей 12ЧСН 18/20 было осуществлено на базе научно-методологических разработок, полученных для дизелей Г70-5. По результатам вычислительного эксперимента установлено, что наиболее обоснованным (как и для дизелей Г70-5) является гамма-распределение. Так как контролируемые дизели 12ЧСН 18/20 имели ряд существенных конструктивных отличий и работали на различных сортах масел (М16В2, М20В2), исследовалось влияние этих факторов на величины диагностических нормативов. Было установлено, что условия эксплуатации, режимы работы и условия работы узлов трения дизе лей, работавших на различных сортах масел, в среднем примерно одинако вые и нет существенных различий в скорости изнашивания деталей и в изме нении физико-химических свойств РММ, характеризующихся рассматривае мыми параметрами. Рассчитанные значения диагностических нормативов могут быть использованы для диагностики дизелей 12ЧСН 18/20 различных модификаций, работающих на различных сортах масел.

Для разработки методики диагностирования высокооборотных дизелей по расходу масла на угар g у были проведены широкие исследования по оценке стохастической связи между техническим состоянием ЦПГ и угаром масла для дизелей 12ЧСН 18/20. В статистическую выборку величин угара масла вошли примерно в равном количестве новые дизели, дизели после од ной-двух профилактических разборок-сборок и дизели, прошедшие один и два капитально-восстановительного ремонта. Диапазон варьирования общей наработки дизелей в количестве 57 единиц, работающих на масле М20В 2, составил от 1,020 до 7,294 тыс. ч. По результатам вычислительного экспери мента установлено, что для распределения величин g у лучше всего подходит смещённый закон гамма – распределения. Кроме того, сравнение вероятно стно-статистических характеристик показало, что угар масла в дизелях М в среднем на 24% выше, чем в дизелях М401А-1.

Исследованиями диагностической ценности угара масла установлено, что он является довольно информативным диагностическим параметром со стояния деталей ЦПГ дизелей. Для сравнения отметим, что в полученных ра нее результатах наибольшую информативность при оценке состояния ЦПГ дизелей Г70-5 имеют: средняя концентрация железа (0,353), температура вспышки (0,097) и общая загрязненность масла (0,084). Кроме того, установ лено, что величина информативности угара масла (0,241) дизелей М401А- на 21% больше, чем для дизелей М400. На основе полученных результатов были рассчитаны диагностические нормативы угара масла для оценки со стояний деталей ЦПГ дизелей 12ЧСН 18/20.

В диссертации разработаны математические модели прогнозирования ресурса деталей ЦПГ дизелей 12ЧСН 18/20 по угару и комплексу ПРМ. Для получения прогнозной модели по угару масла статистические данные ап проксимированы полиномами первой и второй степени по методу наимень ших квадратов. Анализ полученных результатов показал, что обе модели для всех типов дизелей адекватно описывают опытный материал. Исходя из сис темного принципа простоты, в качестве рабочей была принята линейная мо дель прогнозирования. По результатам накопленного экспериментального материала в диссертации получены прикладные прогнозные формулы для исследуемых дизелей:

В математическую модель прогнозирования по комплексу ПРМ обосно ванно включены средние величины концентрации железа в масле, угара мас ла и наработка дизеля. Для поиска подходящей математической модели про гнозирования было проведено трёхфакторное полиноминальное моделирова ние опытного материала. Массив опытных данных был аппроксимирован полными и неполными линейными и квадратичными и моделями. Анализ полученных результатов позволил сделать вывод о наибольшей приемлемо сти полной квадратичной модели, у которой индексы корреляции для дизелей М400 и М401А-1 исправного состояния соответственно составляют величи ны 0,78 и 0,96, а относительные вероятные ошибки аппроксимации – 7,5 % и 3,92 %. Для других моделей эти величины несколько ниже. Исходя из сис темного принципа простоты, для практического использования рекомендова ны линейная и неполная квадратичная модели.

По результатам математического моделирования в диссертации разрабо таны прикладные прогнозные формулы. Адекватность разработанных моде лей прогнозирования остаточного ресурса дизеля проверялась на опытном материале. Апостериорная достоверность прогнозирования составила, на пример, для линейной модели величину, равную 89 %, при выбранной ошиб ке второго рода 0,05.

В шестой главе «Моделирование алгоритмов диагностирования ос новных элементов валовой линии судовых дизелей по параметрам кру тильных колебаний» представлены результаты моделирования алгоритмов диагнстирования коленчатого вала дизелей 6NVD26A-3 теплоходов проекта 1741А по параметрам крутильных колебаний. Для обоснования выбора диаг ностических параметров и критериев проведены расчеты собственных частот и относительных амплитуд валовой линии дизеля;

осуществлены оценка и идентификация технического состояния силиконового демпфера;

исследова на информативность амплитудно-частотной характеристики спектрограммы;

разработаны математическая модель и методика прогнозирования остаточно го ресурса коленчатого вала дизеля по средней амплитуде спектрограммы КК валовой линии СЭУ.

Измерения крутильных колебаний эксплуатируемых дизелей проводи лись при помощи автоматизированного измерительно-вычислительного ком плекса БАГС-4 в соответствии с программой по торсиографированию вало проводов, согласованной с Западно-Сибирской инспекцией Российского Реч ного Регистра. Расчёты собственных частот и относительных амплитуд десятимассовой крутильной схемы осуществлялись методом математическо го моделирования в программном пакете MathCAD версии 13. Исходя из максимального порядка рассматриваемых гармоник (равного 12) и макси мальной частоты вращения коленчатого вала дизеля 1000 мин-1, была уста новлена максимальная граница рассматриваемых частот колебаний, равная 200 Гц. Для определения работы возмущающих моментов в диссертации бы ли построены графики их развития в зависимости от частоты вращения ко ленчатого вала дизеля. Показано, что с увеличением частоты коленчатого ва ла работа возмущающих моментов возрастает, а с увеличением порядка гар моники она уменьшается.

По результатам эксплуатационного мониторинга произведена иденти фикация технического состояния демпферов. Дизели с работоспособными демпферами были отнесены к исправному D1 техническому состоянию, а ди зели, у которых была нарушена нормальная работа демпфера (заклинивание инерционной массы в корпусе, повышенная температура и отсутствие демп фера в валовой линии), – к дефектному D2 состоянию. Математическая обра ботка массивов спектрограмм различных состояний, отснятых в течение двух навигаций с 14 дизелей при одинаковой диагностической частоте вращения коленчатого вала (600 мин-1), показала существенное различие их статисти ческих характеристик. Установлено, что среднее значение амплитуды A по массиву данных дефектного D2 состояния в 2,85 раз превышает такой же уровень амплитуд колебаний валопровода исправного D1 состояния демпфе ра. На этом основании в качестве диагностического параметра состояния демпфера принята величина средней амплитуды A крутильных колебаний.

Исходя из гипотезы нормального распределения величин средних амплитуд A спектрограмм, установлены допустимый и предельный нормативы для оценки состояния демпфера при уровне надёжности P=0,95. Кроме того, де тальный анализ спектрограмм показал, что у валов с дефектным состоянием демпфера амплитуды крутильных колебаний в установленном диапазоне час тот от 0 до 200 Гц в районе собственной частоты 54,031 Гц одноузловой формы колебаний и собственной частоты 71,490 Гц двухузловой формы ко лебаний в три и более раз превышают величины амплитуд на тех же часто тах в валах с исправными демпферами.


В соответствии с методикой оценки диагностической ценности парамет ров, принятой в наших исследованиях, проведены расчеты диагностической ценности параметров КК спектрограммы в распознавании состояния демп фера крутильных колебаний. Установлено, что диагностическая ценность от носительных амплитуд для всех интервалов частот достаточно равномерно распределена по массиву экспериментальных данных. При этом величины частной диагностической ценности Z D2 ( Aj ) для дефектных состояний демпфе ра в среднем в 2,44 раза превышают аналогичные величины Z D ( A j ) исправ ных состояний. Среднее значение общей диагностической ценности ампли туд крутильных колебаний, равное 0,842 бит, в 2,3 раза превышает аналогич ное значение для средней концентрации железа в масле дизелей Г70-5 (0, бита).

Теоретический анализ и полученные результаты экспериментальных ис следований показали, что весь комплекс явлений, составляющих существо процесса накопления усталостных повреждений при циклических нагрузках, приводит к росту интенсивности крутильных колебаний валовой линии дизе ля. В качестве критерия накопления усталостных повреждений была принята средняя амплитуда A спектрограмм крутильных колебаний, снимаемых с ис правных дизелей 6NVD26-А3. Обработка массива экспериментального мате риала методом наименьших квадратов позволила установить наличие до вольно тесной зависимости, представленной линейной регрессионной моде лью. На основе полученной математической модели разработан алгоритм ли нейного прогнозирования остаточного ресурса коленчатого вала дизеля и по лучена рабочая прогнозная формула.

В седьмой главе «Практическая реализация комплекса исследований»

рассмотрено краткое описание внедренной в ЗСРП по результатам диссерта ционной работы системы диагностирования судовых дизелей методом ком плексного анализа РММ. Приводится расчет экономической эффективности от внедрения диагностики судовых дизелей по комплексу ПРМ. Показана экономическая эффективность от внедрения диагностики судовых дизелей по комплексу параметров работающего моторного масла в ЗСРП. Основные ре зультаты диссертационной работы приняты к внедрению в ОАО «Томская судоходная компания». Кроме того, результаты работы рекомендованы к внедрению на судах Западно-Сибирского региона Западно-Сибирским фи лиалом ФГУ «Российский Речной Регистр» и используются в учебном про цессе при подготовке специалистов судомеханической специальности для речного и морского флота в Новосибирской государственной академии вод ного транспорта [47, 49, 50]. Теоретические, экспериментальные результаты и научно-технические решения настоящей работы легли в основу разрабо танного ЗСРП нормативного документа «Стандарт предприятия. Система ди агностирования дизелей по методу комплексного анализа смазочного масла.

СТП 314.536.0-01-88 [162] и «Рекомендаций по диагностированию коленча того вала судового дизеля по параметрам крутильных колебаний» [50].

В общих выводах и заключении сформулированы основные выводы и результаты выполненных исследований и разработок.

В приложениях представлены четыре акта внедрения результатов дис сертационной работы.

Завершая данный раздел, автор выражает искреннюю признательность и благодарность всем сотрудникам, без участия которых невозможно было вы полнение настоящей диссертационнной работы.

ГЛАВА 1 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ: СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Значение, роль и место технической диагностики основных элементов судовых дизелей в системе технической эксплуатации флота речного пароходства В настоящее время на судах речного флота в качестве главных двига телей наибольшее распространение получили (более 90% суммарной мощ ности транспортного флота) получили среднеоборотные (n = 300–750 мин-1), повышенной оборотности (n = 750–1500 мин-1) и высокооборотные (n мин-1) дизельные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) отечественного и зарубежного производства [33, 38, 102, 114, 154, 155, 157]. Дизели речных судов, в отличие от дизелей морского флота, – четырёхтактные, тронковые.

Они имеют замкнутую систему смазки и, как правило, с «сухим картером».

Диапазон мощностей этих машин достаточно широк: от 110 до 1100 кВт.

В связи с неоднородностью изготовления и многофакторным влиянием условий эксплуатации на работу главных судовых дизелей, текущие значения параметров их технического состояния и ресурсные показатели изменяются довольно в широких пределах. Действительные сроки проведения профи лактик и ремонтов судовых дизелей речного флота совпадают с норматив ными сроками всего на 20-30%, а остальные дизели либо перерабатывают, либо не дорабатывают установленный ресурс [33, 123, 171].

Разборка ДВС для определения его фактического состояния в процессе эксплуатации (за редким исключением) нецелесообразна в виду неизбежного увеличения скорости износа деталей за счёт последующей их приработки, а также увеличения затрат на демонтажно-монтажные работы. Например, по данным работ [108], после частичной разборки автомобильного двигателя концентрация продуктов износа в масле, свидетельствующая об интенсивно сти изнашивания деталей, повышается в 2,5 – 3 раза.

Период эксплуатации современных дизелей речного и морского флота между моментом окончания приработки и началом прогрессивного износа деталей довольно велик. Поэтому для многих деталей характерно плавное изменение структурных параметров вследствие накопления микроповрежде ний износного и усталостного характера. Принято такие отказы называть постепенными [33, 69, 80].

Кроме этих изменений, происходящих в конечной стадии эксплуатации и являющихся следствием постепенных процессов изнашивания (в период установившихся износов), возможны флуктуации процесса [33, 71, 124, 168, 169], обусловленные резким изменением эксплуатационных условий. Эти ус ловия могут вызвать как внезапные, неподдающиеся прогнозу отказы (дис кретные процессы), так и постепенные, но относительно быстро разви вающиеся динамические процессы на сравнительно небольших участках на работки.

Следует отметить, что внезапные отказы можно определить лишь по форме их проявления, так как качественные изменения технического состоя ния ДВС (макроповреждения) проявляются в виде стуков, поломки коленча того вала, задиров, подплавления подшипников и т.д. Следовательно, деле ние отказов на постепенные и внезапные в значительной степени условно и связано с уровнем знаний закономерностей изменения технического состоя ния, с применением средств диагностирования технического состояния дизе лей и их конструкцией [33]. Так, например, если удастся изучить природу накопления усталостных повреждений элементов валовой линии дизеля, ис следуя её крутильные колебания [49, 57, 76], то внезапные поломки вала можно предотвратить, переводя внезапный вид отказа в постепенный отказ.

В таблице 1.1 по данным ЛИВТ [33] приведена классификация отказов главных судовых дизелей, из которых видно, что около половины отказов (37 – 60%) среднеоборотных дизелей относится к постепенным отказам.

Таблица 1.1 – Классификация отказов судовых дизелей [33] Виды и число отказов, % Марка дизеля Постепенные Внезапные 6ЧНС 36/45 (Г60) 40 8NVD 48-2AУ 60 6 – 8ЧНСП 18/22 37 12ЧНС 18/20 (М401) 80 Из общего числа постепенных отказов 50 – 60% (около 30% всех отка зов) непосредственно зависит от качества и регулярности проведения техни ческого обслуживания. Кроме того, в группе внезапных отказов, как указы вают авторы работы [33], можно выделить подгруппу условно-внезапных отказов. К ним следует отнести отказы, возникающие из-за недостаточного знания закономерностей изменения технического состояния, отсутствия со ответствующих диагностических приборов и др. Количество условно внезапных отказов по главным дизелям составляет около 20% от общего чис ла внезапных отказов (около 10% всех отказов). Следовательно, имеются предпосылки, вытекающие из закономерностей изменения технического со стояния, уменьшения в перспективе отказов дизелей, по крайней мере, в 1, раза по сравнению с существующим уровнем вследствие сокращения посте пенных и условно-внезапных отказов.

Таким образом, рассматривая находящийся в эксплуатации двигатель как материальную систему, мы всегда оказываемся перед фактом её посте пенной деградации под действием многочисленных случайных факторов.

Снизить скорость деградации, предотвратить отказы можно в процессе тех нического обслуживания и ремонта дизелей с помощью средств диагности рования.

В СССР в этом направлении на речном флоте были достигнуты сущест венные результаты. Была внедрена и развивалась система планово предупредительного ремонта судов, организовано береговое техническое об служивание, распространялся агрегатный и агрегатно-узловой методы под держания и восстановления их работоспособности. Была создана отраслевая система сбора, обработки и анализа информации о неисправностях и отказах судовой техники. На её основе внедрялась система непрерывного техниче ского обслуживания судов внутреннего плавания, обеспечивающая сущест венное повышение эффективности работы на водном транспорте [18, 33, 102, 189, 190].

Особое внимание уделялось разработке и внедрению методов и средств диагностики судовых машин и механизмов [33, 47, 52, 98, 189], основной за дачей которой является получение объективной информации о техническом состоянии эксплуатируемых объектов [23, 33, 58, 128, 129, 135, 138]. При этом техническая диагностика рассматривалась в системе ТЭФ в качестве научно-информационной базы, обеспечивающей существенное повышение эффективности работы речного транспорта [33, 47, 98, 189, 190].


В настоящее время в связи с переходом к рыночным условиям хозяйст вования произошёл резкий обрыв налаженных технико-экономических свя зей как у нас в стране, так и со странами-изготовителями дизелей (Германия, Чехия и др.). Количество эксплуатируемых судов резко сократилось, про изошло дробление флота, пароходства хронически испытывают дефицит де нежных средств.

Кроме того, на водном транспорте сложилась тревожная ситуация, свя занная с состоянием основного парка дизелей, отработавших назначенный ресурс. Средний возраст судов транспортного речного флота превышает се годня 25 лет [118, 123]. Нельзя не согласиться с мнением автора работы [123], что выход из сложившейся ситуации сегодня видится только один – продление срока эксплуатации дизелей, их ремонт и замена по фактическому состоянию. Для этого необходим комплекс диагностических мероприятий, позволяющих оценить фактическое техническое состояние двигателя и про гнозировать время (хотя бы в первом приближении) до наступления дефект ного состояния. Следует только определиться – из чего должен состоять комплекс этих диагностических мероприятий? При этом, безусловно, нельзя опускать из виду, обсуждавшие выше финансовые проблемы.

Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее время проблема разработки методов и средств безразборной оценки состояния судовых дизе лей (мониторинга) с целью обеспечения их надёжности и ресурсосберегаю щей эксплуатации остаётся весьма актуальной. Конечно, при этом не следует преувеличивать влияние диагностирования на существующие системы тех нического обслуживания и ремонта флота. Это, по мнению авторов работы [32], может привести к недооценке важности и перспективности регламент ных обслуживаний и ремонтов многих механизмов, устройств и систем, обеспечивающих безопасность плавания судна.

Причины и характер отказов и неисправностей, лимитирующих надёж ность и долговечность судовых дизелей речного и морского флота, доста точно подробно проанализированы и описаны в работах [33, 94, 110, 161, 167, 171]. Общепризнано, что ЦПГ является основным (критериальным) уз лом, определяющим межремонтный период большинства ДВС (в том числе судовых дизелей), а коленчатый вал лимитирует ресурс двигателя в целом [17, 33, 59, 69, 74, 76, 80, 85, 94, 117, 126, 167, 171].

Наиболее полная, на наш взгляд, классификация методов диагностики состояния деталей ЦПГ судового дизеля приведена в работах [32, 94, 98].

Износ деталей этой группы приводит к повышению расходов топлива и смазки, снижению мощности, ухудшению пусковых характеристик двигателя и повышению температуры отходящих газов, что в конечном результате, значительно повышает эксплуатационные расходы.

С учётом широкого диапазона типов главных дизелей, эксплуатируе мых на судах речного флота, в качестве объектов исследования нами рас сматривались среднеоборотные (6ЧРН 36/45), повышенной оборотности (6NVD 26-A3) и высокооборотные (12ЧСН 18/20) дизели. Для обоснования выбора эффективных методов оценки технического состояния судовых дизе лей в эксплуатации, создания на их основе моделей и алгоритмов диагности рования, необходимо провести обзор и анализ существующих методов и средств диагностики, касающихся в нашем случае основных трущихся дета лей среднеоборотных и высокооборотных ДВС с замкнутой системой смазки и элементов валовой линии судовых дизелей.

1.2 Обзор и анализ работ по техническому диагностированию среднеоборотных и высокооборотных двигателей внутреннего сгорания Работа любого двигателя сопровождается множеством сопутствующих физических процессов: изменение цвета выхлопных газов, распространение шума, вибрации, изменение температуры, накопление продуктов износа трущихся деталей в масле и др. Параметры этих процессов достаточно полно отражают техническое состояние и качество функционирования двигателя и содержат необходимую для диагностирования информацию. Их называют диагностическими параметрами [23, 33, 47, 49, 55, 64 – 66].

Методы диагностирования весьма разнообразны. Непосредственные из мерения параметров технического состояния без полной или частичной раз борки двигателя весьма ограниченны. Поэтому при диагностировании пара метры технического состояния, как правило, измеряют косвенно, используя процессы, происходящие во время функционирования или в статических ус ловиях. По видам диагностирования методы и средства диагностики подраз деляют на функциональные и тестовые [33, 66] (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Принципиальные схемы диагностирования [33] Функциональные методы и средства диагностирования (СД) применяют во время работы дизеля (Д), на который поступают только рабочие воздейст вия. При тестовом диагностировании воздействие на двигатель (Д) поступа ют от средства диагностирования (СД).

Применительно к водному транспорту методы и средства диагностиро вания классифицируют на применяемые в судовых или стационарных усло виях. Диагностирование дизелей на судах осуществляют во время хода или стоянки последних с помощью встроенных или внешних (переносных) средств. При этом на речных судах используют простейшие средства, а на крупных морских – автоматизированные системы диагностирования на базе ЭВМ. Стационарное диагностирование дизелей и их агрегатов выполняют на береговых производственных участках (БПУ), ремонтно-эксплуатационных базах (РЭБ) и судоремонтных заводах (СЗ) [33, 98].

Для выбора и разработки метода диагностирования какого-либо элемен та дизеля необходимо иметь обобщённое логическое или аналитическое опи сание наиболее важных его свойств. Это описание (или диагностическая мо дель) должна включать перечень основных элементов (деталей, узлов и др.), определяющих исправность объекта диагностирования, соответствующие этим элементам структурные и диагностические параметры и связи между ними. Проведём обзор методов диагностики ЦПГ ДВС различного назначе ния в классифицированном виде применительно к структурно-следственной схеме (рисунок 1.2), составленной для ЦПГ судовых дизелей [33].

Большую группу диагностических параметров составляют показатели, основанные на анализе герметичности рабочих полостей и объёмов двигате ля. К ним относятся следующие параметры: давление газов в цилиндре в конце такта сжатия [16, 59, 94];

количество и давление отработавших газов и прорывающихся в картер газов [59, 80, 103, 124, 126];

падение давления воз духа, подаваемого компрессором в проверяемый цилиндр [16, 33, 80, 102, 104].

Рисунок 1.2 – Структурно-следственная схема ЦПГ дизеля [33] В качестве критерия оценки общего состояния ЦПГ служит расход мас ла на угар [17, 47, 59, 80, 94, 111, 126, 170], так как с увеличением зазоров в сопрягаемых деталях ЦПГ расход масла, как правило, возрастает.

С увеличением износа деталей ЦПГ снижается эффективность и эконо мичность двигателя, которые оцениваются расходом топлива, мощностью, крутящим моментом, временем разгона коленчатого вала в установленном диапазоне частот вращения, индикаторными показателями цилиндров и из менением частоты вращения коленчатого вала под нагрузкой, создаваемой неработающими цилиндрами [33, 80, 94, 125, 154, 157].

В качестве критерия оценки состояния кривошипно-шатунного механиз ма (КШМ) служат: давление масла в системе смазки [33, 80] и его расход че рез подшипники [94, 100].

Для непосредственного измерения зазоров и степени изнашивания дета лей ЦПГ и КШМ применяются приборы с встроенными сигнализаторами и датчиками [100], стоимость которых достаточно велика и сопоставима со стоимостью самого двигателя [104]. Для замера зазоров в деталях ЦПГ и КШМ в ЛИВТ разработан метод диагностирования при помощи прибора ПЗ 1М [18, 33].

Качественный контроль состояния внутренних поверхностей ЦПГ осу ществляется визуальными методами при помощи бороскопов и эндоскопов [29, 94, 101], позволяющих уточнить или подтвердить фактическую причину неисправности узла.

Для оценки состояния ЦПГ и КШМ, а также других механизмов двига теля в настоящее время активно разрабатываются и внедряются в практику эксплуатации ДВС различного назначения (в том числе судовых дизелей) ме тоды диагностики по виброакустическим показателям [8, 11, 12, 80, 86, 94, 183, 186, 196, 204, 213]. При этом используются: общий уровень шума, кри терии частотной и амплитудной характеристик акустического сигнала, ско рости нарастания энергии вибраций, смещение скорости и ускорения вибра ций в соответствующей полосе частот, амплитуды и смещения фазы импуль са. Использование виброакустического метода сопряжено, как правило, со значительными трудностями, связанными с необходимостью выделения по лезного сигнала на фоне шумов и с применением сложной, дорогостоящей аппаратуры.

Большое внимание уделяется исследованию и разработке методов и средств диагностирования ДВС по параметрам теплового поля рабочих сред и деталей. Так, например, измерения температуры деталей даёт возможность дифференцированно определить состояние сопряжений ЦПГ и механизма га зораспределения [134, 140].

По результатам анализа отработанных газов двигателя можно сделать заключение о характере и условиях протекания процесса сгорания, а по ве личине коэффициента избытка воздуха – оценить максимально допусти мый износ деталей ЦПГ [33, 78, 94, 95, 100].

Для определения фактического износа узлов трения двигателей исполь зуются результаты анализов смазочного РММ, основу которых составляют концентрации продуктов износа в нём, определяемые различными способами [28, 34, 38, 62, 71, 91, 96, 108, 139, 185, 191]. Дополнительную информацию о качестве РММ несут его различные внутренние свойства, характеризуемые такими физико-химическими показателями, как кинематическая вязкость, содержание воды, водородный показатель, щелочное число и др. [25, 38, 71, 85, 117, 139, 168 – 172].

Для оценки технического состояния деталей, омываемых маслом, судо вых дизелей и авиационных газотурбинных двигателей широкое распро странение получили способы контроля стружки в масле, указывающей непо средственно на дефектное состояние двигателя [75, 99, 101, 130]. Применяе мые при этом сигнализаторы имеют один существенный недостаток, который связан с ложным срабатыванием из-за накопления смолистых веществ в РММ, различного рода загрязнений и прочих помех. Кроме того, эти детек торы фиксируют сам факт дефекта, но не позволяют прогнозировать разви тие процесса, вызвавшего появление этой стружки.

Анализ исследований и разработок по применению методов и средств диагностирования ДВС различного назначения показал, что ни один из них в отдельности не позволяет производить диагностику в полной мере и, как правило, они дополняют друг друга. Однако при этом большинство исследо вателей акцентирует внимание на необходимости первоочередной разработ ки методов диагностирования, основанных на использовании универсальных параметров, позволяющих решать задачи комплексного характера.

В соответствии с общими требованиями, сформулированными Б.В. Пав ловым, Я.Х. Закиным, Н.Л. Говорущенко и другими исследователями [23, 59, 83, 98, 127, 128, 138], совершенство того или иного диагностического па раметра, положенного в основу метода диагностирования, определяется сле дующими условиями:

– однозначностью, которая заключается в том, что каждому значению диагностического параметра должно соответствовать вполне определённое значение структурного параметра или выходного процесса (состояния диаг ностируемого объекта);

– широтой поля изменения: диагностический параметр должен иметь возможно большое относительное изменение при абсолютном изменении структурного параметра;

– технологичностью измерения параметра, определяемой удобством подключения диагностической аппаратуры, простотой измерения и обработ ки результатов измерений;

– достаточной информативностью о состоянии контролируемого объ екта.

Сравнивая по этим условиям рассмотренные выше методы, следует от дать предпочтение методу диагностики ДВС по параметрам РММ на основе определения в нём продуктов износа.

С применением этого метода соблюдается условие однозначности: каж дому значению совокупности структурных параметров соответствует вполне определённая закономерность накопления продуктов износа в масле [28, 47, 62, 71, 91, 95, 96, 126, 131, 141, 185].

Сравнение по второму условию – относительному изменению значений параметров по достижению трущимися деталями предельной работоспособ ности – оставляет преимущество за методом определения продуктов износа в масле, как наиболее чувствительным при оценке состояния двигателя [71, 95, 184]. Так, Г.В. Спичкин, сравнивая диагностические параметры автомобиль ных двигателей, охарактеризовал параметр «содержание железа в масле», имеющий относительное изменение за период эксплуатации до 1800 %, как лучший показатель технического состояния [95].

С точки зрения третьего условия – доступности и удобства измерения – метод спектрального анализа продуктов износа в РММ, например, не требует присоединения измерительных датчиков или предварительных демонтаж ных работ на двигателе, а в судовых условиях – остановки дизеля. Отбор пробы масла занимает около пяти минут времени.

Особое место при выборе диагностических параметров отводится оцен ке их информативности. Несмотря на то, что при диагностировании ДВС ис пользуются различные диагностические параметры, до настоящего времени, тем не менее, отсутствуют общепризнанные количественные критерии для обоснования выбора диагностических параметров с точки их информа тивности.

Н.Л. Говорущенко [58], Л.Х. Закин и др. [83] для количественной оцен ки информативности параметров предлагают использовать энтропию – меру неопределённости состояний. В этом случае информативность параметра оценивается в двоичных единицах – битах.

Л.Г. Грицай и др. [72] предложили критерий информативности и рассчи тали его значение для 34 симптомов по основным элементам судовых дизе лей типа ДКРН 74/160-2 и 6Д76, включая: крышку цилиндра, поршень с кольцами, втулку цилиндра, впускной клапан, головные, мотылёвые и рамо вые подшипники, коленчатый и распределительный валы, топливный насос и форсунки. На основании выполненных расчётов был сделан вывод о том, что наибольшей информативностью обладают виброакустические показатели. За ними следуют показатели смазочного масла, определяемые посредством спектрального анализа, и далее следует группа индикаторных показателей рабочего процесса, включающая следующие величины: среднее индикатор ное давление Pi удельный индикаторный расход топлива g i, давление сжа тия ( Pc ) частоту врашения коленчатого вала n, коэффициент избытка воз духа, температуру отходящих газов tог и некоторые другие.

Л.Н. Карпов и Е.А. Титов [93] для оценки информативности параметров используют информационный критерий, который, кроме количества инфор мации, вносимой одним параметром, зависит также от «весомости парамет ра», включающей в себя коэффициент корреляции и трудоёмкость восста новления узлов. Эти авторы рассчитали информационный критерий для параметров при условии работы дизеля при постоянном положении рейки топливного насоса. В результате было установлено, что наибольшими значе ния информационного критерия обладают виброакустические показатели (0,390), показатели теплового состояния деталей (0,264) и показатели сма зочного масла (0,213).

В качестве критерия для количественного сравнения основных наиболее часто применяемых методов технического диагностирования ДВС М. Л. Виницкий [52] предложил величину I P K (1.1), где I информационная мера, определяющая возможность метода диффе ренцировано различать изменения технического состояния поршня, втулки, колец и узлов (втулка и кольца, поршень и втулка);

относитель ная точность измерения выбранного параметра;

относительная осреднённая чувствительность метода:

P P (1.2), Pном где осреднённая чувствительность метода, равная изменению величины измеряемого параметра;

Pном номинальное значение параметра.

По мнению этого автора, предлагаемый критерий также не является универсальным, так как не учитывает времени анализа, стоимости и слож ности применяемой аппаратуры и квалификации обслуживающего персона ла. Вместе с тем, он подтверждает существующую в практике оценку инфор мативности методов диагностирования. Так, коэффициент K имеет наиболь шую величину, равную 17, для спектрального анализа РММ, метод измере ния расхода топлива имеет K 10,5, а третье место с величиной K 8,5 зани мает виброакустический метод.

В.М. Михлин [127], отмечая перспективность дальнейших исследова ний, связанных с развитием универсальных методов технического диагнос тирования ДВС (виброакустического, спектрального анализа РММ и тепло вого), указывает, что метод спектрального анализа РММ, уступая виброакус тическому при поэлементном диагностировании, в то же время более инфор мативен, прост и доступен при общем диагностировании машин, когда опре деляется общее состояние агрегатов, а также смазочного РММ. Недостатком метода диагностирования состояния двигателей только по анализу содержа ния продуктом износа в РММ является сложность выделения информации о состоянии отдельных трущихся деталей и узлов.

Проведённый в данном параграфе обзор и анализ существующих мето дов диагностирования ДВС позволил сделать вывод о наибольшей эффек тивности метода диагностирования по параметрам РММ, основанного на спектральном анализе продуктов износа. Этот метод в наибольшей мере от ражает физическую картину процессов изнашивания и позволяет, наряду с оценкой состояния трущихся деталей, оценивать состояние самого РММ и некоторых систем двигателя в эксплуатационных условиях. Поэтому данный метод диагностики принят за основу в настоящей диссертационной работе.

Методам оценки состояния ДВС по параметрам РММ посвящено значи тельное число работ. Данный метод получил широкое распространение за рубежом [101, 197 – 202, 205 – 212, 215]. В нашей стране накоплен большой эксплуатационный опыт оценки состояния дизелей тепловозов [65, 133, 139, 144, 146, 185]. Система управления состоянием дизелей тепловозов по ре зультатам анализов РММ внедрена практически на всех железных дорогах.

Достоверность диагностирования для дизелей 2Д100, 10Д100 составила око ло 84 %. Число незапланированных ремонтов сократилось в 2,5 раза, количе ство работ по проверкам состояния контролируемых узлов сократилось на 70% [92, 146]. В меньшей мере метод получил распространение для диагно стики автомобилей [24, 59, 71, 80, 89 – 91, 95, 124, 168], тракторов [17, 69, 80, 96, 126, 141, 164, 184, 191] и газотурбинных двигателей самолётов [75, 112, 121, 137, 143, 178].

Сравнительно ограниченное использование метод диагностики по пара метрам спектрального анализа РММ находит при эксплуатации судовых ди зелей речного и морского флота [28, 34, 40, 47, 62, 115, 131, 147, 169, 180].

Объясняется это трудностями создания организационной структуры сбора, переработки и передачи диагностической информации на суда и в различные подразделения пароходств. Связано это также с отсутствием приемлемых и научно обоснованных, для условий эксплуатации судовых дизелей, методик определения необходимого набора диагностических параметров и правил принятия решений для оценки технического состояния дизелей по этим па раметрам.

Для обоснования выбора методик определения диагностических пара метров, разработки алгоритмов диагностирования и создания на их основе эффективной системы оценки и анализа технического состояния судовых ди зелей речного флота необходимо провести обзор и анализ существующих методов и средств оценки состояния ДВС различного назначения по пара метрам РММ.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.