Введение к работе
Актуальность темы. Экономичная и качественная работа железнодорожного транспорта невозможна без дальнейшего совершенствования системы эксплуатации, обслуживания и ремонта подвижного состава. Высокую надежность и экономичность дизельного подвижного состава можно обеспечить применением методов и средств технической диагностики.
Одним из основных механизмов, обеспечивающих надежность, мощ-ностные, экономические и экологические характеристики тепловозных дизелей, является механизм газораспределения. Поэтому определение его технического состояния - важнейшая задача технической диагностики.
Настоящее исследование посвящено установлению связи технического состояния клапанного механизма газораспределения (ГРМ) тепловозного дизеля с параметрами виброакустического сигнала, сопровождающего его работу, и разработке методов и средств диагностирования ГРМ в условиях эксплуатации.
Диссертационная работа подготовлена на основании исследований, проводимых в СамИИТе при участии автора в рамках проблемы 05.13.05.п.7 (Постановление ГКНТ № 301 от 15.07.82 г.) и отраслевой научно-технической программы МПС "Разработать и внедрить высокоэффективные технологические процессы и технические средства в локомотивном хозяйстве" (05.02.80.88.89), утвержденной приказом МПС Ш 25 ЦЗ от 06.11.87 г.
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является теоретическое и экспериментальное изучение виброакустических процессов, сопровождающих работу клапанного механизма газораспределения тепловозных дизелей, и разработка на основе их анализа методов и средств его диагностирования.
Для реализации указанной цели были поставлены и решены следу-
- A -
ющие задачи:
проведен анализ способов и устройств диагностирования ГРМ ДВС, применяемых в эксплуатации и ремонте;
разработаны математические модели ГРМ ДВС как объекта диагностирования;
изучены виброакустические процессы, сопровождающие работу ГРМ;
определены информативные параметры виброакустических сигналов и установлена их связь с дефектами ГРМ;
разработаны алгоритмы и программы обработки виброакустических сигналов и постановки диагноза;
проведены экспериментальные исследования для подтверждения правильности выдвинутых положений;
разработан технологический процесс и обоснованы рабочие режимы дизеля при диагностировании ГРМ.
Объект исследования: клапанный механизм газораспределения четырехтактных дизелей.
Методы исследования.Теоретические исследования проводились:
на основании анализа и обобщения сведений, приведенных в научно-технической и патентной литературе;
путем математического моделирования работы механизма газораспределения и процесса^возбуждения вибраций при посадке клапанов;
с использованием методов математической статистики при обработке экспериментальных данных.
Экспериментальные исследования осуществлялись:
на лабораторном стенде по испытанию дизеля 8412/12;
на дизеле 6ЧН31.8/33 на пункте технической диагностики локомотивного депо Сызрань, оборудованном системой регистрации и обработки виброакустических сигналов на базе УВК СМ-1803, в процессе реостатных испытаний тепловозов ТЭМ2.
Научная новизна. На основании теоретических и экспериментальных исследований показано, что для оценки величины теплового за-
зора достаточно определить среднюю фазу посадки клапана за статистически достоверное количество последовательных реализаций, а для зазора стержень клапана-втулка направляющая - энтропию фазы виброакустического сигнала, генерируемого посадкой клапана ГРМ в седло.
Для выделения информативного сигнала предложено использовать фазовую селекцию и регистрацию виброакустического сигнала в функции угла поворота коленчатого вала дизеля.
Разработаны алгоритмы, основанные на анализе случайных отклонений фаз газораспределения и амплитуды вибросигнала от цикла к циклу на стационарных режимах работы дизеля и количественной оценке доли фазового и амплитудного хаоса в общем виброакустическом процессе, генерируемом соударением клапана с седлом.
Обоснована методика выбора оптимальных режимов работы дизеля при диагностических операциях.
Алгоритмы постановки диагноза реализованы на базе ЭВМ ЕС-1033 и УВК СМ-1803 и после адаптации могут использоваться на любых современных ЭВМ.
Практическая ценность работы. Проведенные исследования были практически подтверждены результатами диагностических испытаний тепловозов ТЭМ-2 с четырехтактными дизельными двигателями 6ЧН31.8/33.
Разработанные методы диагностирования клапанного механизма газораспределения дают возможность оперативно контролировать его техническое состояние, а при накоплении достаточного статистического материала - прогнозировать остаточный ресурс и необходимые ремонтные и регулировочные вмешательства.
Созданная информационно-измерительная система на базе ЭВМ, а также комплекс программных средств позволяют выделить нужный виброакустический сигнал и установить диагноз технического состояния ГРМ с достоверностью 85 %.
- б -
Предлагаемые методы и устройства могут найти широкое применение в любой отрасли, где производятся, испытываются и эксплуатируются дизельные двигатели с клапанным механизмом газораспределения.
Реализация результатов работы. На основе полученных в процессе исследований данных была разработана диагностическая информационно-измерительная система на базе ЭВМ СМ-1803 с алгоритмическим и программным обеспечением диагностирования ГРМ и других систем дизеля, генерирующих при работе виброакустические сигналы. Система имеет возможность расширения для диагностирования большинства узлов тепловоза не только по виброакустическим параметрам и может быть установлена в любом депо железных дорог России.
Отдельные решения по диагностированию клапанного механизма газораспределения дизелей, изложенные в диссертации были использованы при создании пункта технической диагностики тепловозов в депо Сызрань Куйбышевской железной дороги.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены и обсуждены на: VII, VIII, IX, X областных научно-практических конференциях (Куйбышев, 1982, 1983, 1986, 1989 г.г.); V Всесоюзном совещании "Техническая диагностика" (Суздаль, 1982 г.); научной конференции "Новые методы вибродиагностики технического состояния машин" (Каунас, 1S86 г.); VI Всесоюзном совещании "Техническая диагностика" (Москва, 1987 г.); Всесоюзной конференции "Методы и средства виброакустической диагностики машин" (Ивано-Франковск, 1988 г.); II Всесоюзной конференции "Вибрация и вибродиагностика" (Горький, 1988 г.); Всесоюзной с участием специалистов зарубежных стран конференции "Проблемы повышения надежности и безопасности технических средств транспорта" (Москва, 1988 г.); Республиканской конференции "Техническая диагностика и повышение надежности средств транспорта" (Ташкент, 1988 г.); научно-техническом семинаре "Диагностика, повышение эффективности и долговечности двига-
телей" (Ленинград, 1989, 1990, 1992 г.г.); VII конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта" (Днепропетровск, 1992 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы безопасности движения поездов" (Ташкент, 1991 г.); научно-техническом семинаре " Современные средства диагностирования дизельных двигателей автотранспортных средств и методы оптимального регулирования их тягово-экономических и экологических характеристик (Рига, 1991 г.); III Всесоюзной конференции "Автоматизированные системы испытания объектов железнодорожного транспорта" (Омск, 1991 г.); III, IV, V Международных научно-технических конференциях "Проблемы развития локомотивостроения" (Луганск, 1990 г., 1993 г., 1995 г.); заседании научно-технического семинара электромеханического факультета СамИИТа (Самара, 1995 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, 7 тезисов и получено 4 авторских свидетельства (№* 1267197, 1307275, 1379671, 1460649).
Структура и объем работы. Диссертация содержит 126 стр. машинописного текста, 17 рисунков, 105 наименований библиографических источников.
