Введение к работе
Актуальность темы. Развитие производства и эксплуатация автомобилей показывают, что улучшение их технических характеристик, комфортабельности и безопасности связано с повышением надежности и эффективности системы электроснабжения автомобиля
Повышение показателей эффективности и надежности устройств системы электроснабжения, состоящей из аккумуляторной батареи, электрической генераторной установки (ЭГУ), регулятора напряжения, устройства контроля -одна из важнейших задач по улучшению работы и повышению конкурентоспособности автомобилей
По экспертным оценкам надежности электрооборудования автомобилей семейства ВАЗ-2110 в гарантийный период эксплуатации достаточно большой процент рекламаций (равный 11,8%) приходится на ЭГУ
Основными причинами выхода ЭГУ из строя являются превышение максимальной частоты вращения, вибрации, ударные ускорения, вызывающие механические неисправности ротора и механизмов крепления - подшипников,
шкива, элементов щеткодержателя, перенапряжения, повышение напряжения, вызывающие электрический пробой изоляции, межвитковые замыкания катушки возбуждения, обмотки статора
Повышение интенсивности эксплуатации автомобилей, внедрение электронной системы управления двигателем внутреннего сгорания, электронного управления другими устройствами и применение комбинированных энергоустановок снижает ресурс работы ЭГУ и вероятность безотказной работы (ВБР)
Необходимо дальнейшее исследование влияния многократных пусковых и перегрузочных режимов, повышений напряжения на надежность механической системы (МС) и электромагнитной системы (ЭМС) ЭГУ, что определяет научную актуальность диссертационной работы
При разработке новых моделей ЭГУ ф Lucas (Англия), ф Valeo (Франция), ф Bosch (Германия), ф Motocraft Deko (США), Mitsubishi, Hitachi (Япония), ОАО АВТОВАЗ и др учитываются динамические воздействия В НТЦ ОАО АВТОВАЗ (г Тольятти, Россия) и ряде других предприятий ведется разработка гибридной энергоустановки, в которой используется индукционно-динамическая или асинхронная электрическая машина в качестве ЭГУ и стартера двигателя На экспериментальных автомобилях ф Honda - FCX (Япония), Rover - MG (Англия) установлены комбинированные ЭГУ Динамические воздействия на МС и ЭМС увеличиваются, что подтверждает актуальность исследования динамических свойств Основными направлениями повышения ВБР ЭГУ является выбор параметров электромеханической системы (МС и ЭМС) с учетом особенности работы в динамических режимах Не исследована зависимость изменения параметров надежности от уровня деформаций узлов МС и ЭМС
Разработка моделей МС и ЭМС ЭГУ, методов и устройств контроля значимых диагностических параметров для повышения уровня надежности,
ВБР, вибродиагностики, испытаний, снижения затрат на обслуживание и ремонт определяет практическую актуальность диссертационной работы
Цель диссертационной работы - повышение надежности узлов электромеханической системы генератора за счет контроля и корректировки параметров по результатам теоретического и экспериментального исследования статических и динамических режимов, повышение эксплуатационных показателей
В соответствии с целью, задачами диссертационной работы являются
анализ методов оценки параметров надежности - ВБР, ресурса работы с учетом динамических режимов, методов моделирования электромеханической системы, средств испытания и диагностики ЭГУ,
разработка математической модели МС и ЭМС для оценки реакции на исследовательский механический и электрический импульс, исследование переходных процессов, перегрузочных режимов ЭГУ,
определение диагностических признаков и параметров, вероятных отклонений параметров, деформаций элементов генератора, определение погрешности измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь изоляции токоведущих устройств, спектральных характеристик вибрации,
разработка регрессионной модели МС и ЭМС при испытании коммутационным механическим и электрическим импульсом для определения показателей надежности элементов генератора,
исследование и разработка алгоритма определения показателей надежности, экспериментальной установки для исследования ЭГУ в динамических режимах, испытания методом исследовательских импульсов,
6 формирование практических рекомендаций по корректировке
конструктивных параметров МС и ЭМС, разработка устройств контроля,
предотвращающих выход из строя и повышающих надежность узлов ЭГУ
Объект исследования: электромеханическая система генератора отечественного и зарубежного производства
Предмет исследования: математические, регрессионные модели МС и ЭМС, методы и алгоритмы определения показателей надежности в зависимости от изменения диагностируемых параметров при ресурсных, форсированных испытаниях, в динамических эксплуатационных режимах, устройства управления и диагностики ЭГУ
Методы исследования При решении задач использовались
- методы теории линейных электрических цепей, переходных процессов,
- статистические и численные методы математического анализа,
регрессионный анализ, интегральное преобразование Фурье,
- методы теории надежности и планирования эксперимента,
- оценка адекватности разработанных математических моделей
производилась сравнением расчетных и экспериментальных данных,
- оценка погрешности производилась составлением структурных схем
погрешности измерительных каналов, передаточных функций каналов
измерения, доверительного интервала измеряемых величин
Методологическая и теоретическая основа исследования
Теоретическую основу исследования составили работы отечественных и зарубежных ученых в области математического моделирования МС и ЭМС электрических машин -МП Костенко, Л М Пиотровского, А И Важнова, А А Горева, А И Вольдека и др, в области разработки, испытаний и автомобильной электроники - А С Акимова, В В Литвиненко, А Д Борца, В Е Ютта, А X Синельникова, Ю П Чижкова, X Сига, С Мидзутани, Т Росса и др, в области динамических измерений и регистрации - В А Грановского, А А Харкевича, А С Немировского, Д Хофмана, и др, в области теории надежности, диагностики, прогнозирования - А С Проникова, П П Пархоменко, Л Г Евланова и др
На защиту выносятся:
комплекс математических моделей МС и ЭМС генератора, позволяющих по реакции обмоток на испытательный механический и электрический импульсы с учетом колебательных элементов механических частей и емкостных составляющих определять уровень затяжки крепления механических устройств, а также изменение изоляции токоведущих частей,
регрессионная модель и методика определения показателей надежности с учетом изменения параметров генератора по результатам многократных динамических воздействий при ресурсных испытаниях,
3 диагностические признаки дефектов узлов крепления изоляции, устройства ресурсных испытаний для выделенных пяти режимов,
4 значимые диагностические параметры для статических режимов -
изменение перемещения элементов, параметры для динамических режимов -
относительное изменение амплитуды вибраций, величины затяжки крепления,
коэффициента затухания и постоянной времени, комплексный критерий
работоспособности изоляции, емкость и тангенс угла диэлектрических потерь,
вид, закона распределения вероятности наработки на отказ, интенсивности отказов элементов устройств генератора в динамических режимах, наиболее близкий к нормальному, определенный при использовании эмпирических функций,
практические рекомендации по корректировке конструктивных параметров МС и ЭМС для разработки элементов управления и контроля, предотвращающих выход из строя и повышающих надежность генератора
Научная новизна и теоретическая значимость исследования: - на основе анализа особенностей работы ЭГУ в динамических режимах предложен комплексный подход к повышению надежности МС и ЭМС генератора за счет определения и использования диагностических признаков, наиболее значимых и эффективных диагностических параметров статических и динамических режимов, корректировки конструктивных параметров, контроля и диагностики при ресурсных испытаниях и эксплуатации,
- на основе исследования стационарных и динамических режимов генера
тора предложена математическая регрессионная модель, отличающаяся от из
вестных функциональной связью между механическими и электрическими
диагностическими параметрами ЭГУ и параметрами надежности,
- разработана математическая модель МС и ЭМС ЭГУ при испытании
коммутационными импульсами, отличающиеся от известных учетом
-6-высокочастотных составляющих и позволяющая, по реакции механических узлов, электрических обмоток на испытательный импульс, определять деформации механических узлов, электрических обмоток статора, катушки возбуждения,
- предложена методика определения показателей надежности МС и
ЭМС ЭГУ по результатам ресурсных испытаний, методика корректировки
конструктивных параметров МС и ЭМС, алгоритмы работы устройств
управления и контроля, предотвращающих выход из строя и повышающих
надежность генератора,
- определен закон распределения вероятности показателей надежности
узлов, получены регрессионные зависимости частоты отказа, интенсивности
отказов для основных устройств генератора
Практическая значимость исследования:
- разработана регрессионная модель функциональной связи между
механическими, электромагнитными параметрами и показателями надежности,
позволяющая определять ресурс работы ЭГУ,
рекомендовано выполнять упругие, колебательные, демпфирующие элементы, элементы трения подшипникового узла, щеткодержателя, крепления и межобмоточную, межкорпусную изоляцию с учетом воздействий многократных динамических вибрационных воздействий,
разработаны алгоритмы работы устройств управления и контроля, предотвращающих выход из строя и повышающие надежность генератора,
предложены практические рекомендации по корректировке конструктивных параметров МС и ЭМС, разработке элементов управления и контроля, предотвращающих повреждения и повышающие надежность ЭГУ
Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечены соблюдением методологических принципов системного подхода к изучению проблемы, применением комплекса методов исследования, соответствующих объекту, цели, задачам и логике исследования Реализация результатов работы
Теоретические и экспериментальные исследования выполнены на
кафедре «Автотракторное Электрооборудование» Тольяттинского
государственного университета, в Бюро программного обеспечения Производственного Технологического Оборудования Конструкторского Отдела Систем Управления Сварочного оборудования и Специальных Установок ОАО АВТОВАЗ для проекта автомобиля ВАЗ 2123
Результаты диссертационной работы используются в учебно-методическом обеспечении дисциплин «Испытание электрооборудования автомобилей и тракторов», «Эксплуатация и ремонт электрооборудования автомобилей и тракторов», «Надежность электрооборудования автомобилей и тракторов» для студентов специальности 1808 00 «Электрооборудование автомобилей и тракторов»
Апробация работы. По материалам диссертации сделаны доклады на международной научно-технической конференции «Перспективы развития автомобильного транспорта», МГТУ "МАМИ" (Россия, Москва, 2002г), 7-й всероссийской научно-технической конференции МГУС (Россия, Москва, 2002),
научно- технической конференции "Новые технологии в промышленности, экономике и социально-культурной сфере" (Россия, Тольятти, 2000 г), научно -технической конференции «Технический ВУЗ - наука, образование и производство в регионе» (Россия, Тольятти, 2002 г) Результаты работы обсуждались на научном семинаре кафедры «Автотракторное электрооборудование» Тольяттинского государственного университета
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 27 работ, из которых научных статей-10, тезисов докладов-17
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения Основная часть работы изложена на 173 страницах, включает 70 рисунков, 17 таблиц и библиографию из 141 наименования, приложения на 3 страницах
