Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Прогресс в машиностроении в значительной степени связан с созданием высокоэффективных и надежных машин и механизмов. Для успешного решения проблемы обеспечения высокого качества и надежности при разработке, производстве и эксплуатации разнообразных технических устройств и систем различных типов большое значение имеют средства информационно - измерительной техники, в том числе с применением микропроцессорных систем и микро-ЭВМ.
Повышение эффективности промышленных объектов идет по пути совершенствования как самих технологических процессов и оборудования, так и процессов управления ими с целью снижения издержек производства. Особое внимание уделяется повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов и связанных с ними экологических показателей машин и механизмов. Поэтому, перед машиностроением поставлена задача создания и внедрения средств технического диагностирования и определения остаточного ресурса машин и оборудования.
Наиболее важными показателями двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются надежность и эффективность функционирования, а также экологические показатели. Эти параметры формируются на стадии разработки и изготовления ДВС и реализуются в период эксплуатации. Однако в процессе эксплуатации в результате физических, химических и других воздействий техническое состояние узлов, блоков и систем ДВС ухудшается, что приводит к постепенным и внезапным отказам,
Для предупреждения отказов была разработана и внедрена в производство планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта двигателей. Эта система обладает рядом недостатков, основным из которых является то, что она не учитывает реального технического состояния ДВС.
Качество работы топливной аппаратуры (ТА) в значительной степени определяет эффективность работы двигателя и его экологические показатели. В то же время, ТА представляет собой один из наименее надежных узлов ДВС, на техническое обслуживание, которого затрачиваются значительные средства. Поэтому, определение и прогнозирование технического состояния ТА ДВС
представляет собой актуальную задачу.
Одним из очень важных требований, предъявляемых к системам диагностики является применение безразборных методов диагностирования. К таким методам следует отнести виброакустическую диагностику, которая не требует демонтажа и разборки оборудования, а также является наиболее чувствительной к различным отклонениям технического состояния объекта от нормы.
Исходя из этого следует, что разработка и создание информационно-измерительной системы (ИИС) для диагностирования и прогнозирования технического состояния ТА ДВС с использованием безразборных методов представляет собой актуальную задачу.
Цели и задачи исследования. Основной целью данной работы является повышение надежности, улучшение технико-экономических и экологических показателей ДВС, что в свою очередь достигается путем решения научно - технической задачи по разработке методов, алгоритмов, программного обеспечения и аппаратных средств ИИС для оценки и прогнозирования технического состояния ТА ДВС по параметрам вибраций с использованием в качестве ядра системы микро-ЭВМ.
Методы исследования. При решении поставленных задач теоретические исследования проводились с использованием методов структурного и корреляционно-регрессионного анализов, метода группового учета аргументов, метода экспертных оценок, теории графов, алгоритмов, распознавания образов и планирования экспериментов.
Научная новизна. В результате выполнения данной работы теоретически выявлены и обоснованы, а также экспериментально подтверждены следующие положения:
- методы построения диагностических и прогнозирующих моделей оптимальной сложности, разделения источников вибраций, повышения достоверности вводимой в память микро-ЭВМ виброакустической информации, а также, алгоритмы и машинные программы для функционирования ИИС при использовании микро-ЭВМ системы как в режиме съема, диагностирования и прогнозирования технического состояния ТА ДВС, так и в режиме построения моделей оптимальной сложности; ИИС для оценки и прогнозирования технического состояния ТА ДВС по параметрам вибраций на базе микро-ЭВМ.
Практическая ценность работы. Разработанная ИИС предоставляет возможность эффективно оценивать и прогнозировать техническое состояние топливной аппаратуры ДВС, что в свою очередь, позволяет снизить издержки, связанные с расходом горюче-смазочных материалов, изменением мощности ДВС, отдаваемой в нагрузку, улучшить экологические параметры ДВС. Кроме того, разработанная ИИС может применяться для диагностирования и прогнозирования технического состояния циклически работающих машин и механизмов. Предложенный метод построения диагностических и прогнозирующих моделей оптимальной сложности может быть использован для построения математических моделей объектов и систем рассматриваемого класса.
Реализация результатов работы. На основании полученных в процессе исследований данных построены диагностические и прогнозирующие модели ТА ДВС типа Д100, а также алгоритмы и программное обеспечение для диагностики и прогнозирования технического состояния топливной аппаратуры этих ДВС. Кроме того, разработано и внедрено в производство аппаратное обеспечение ИИС на базе микро-ЭВМ класса не ниже СМ1803 с внутримашинным интерфейсом типа И41 (специальные блоки для связи с объектом). Разработанная ИИС применяется:
в локомотивном депо ст. Сызрань Куйбышевской ж.д. при проведении реостатных испытаний тепловозов, что подтверждается Актом внедрения;
на кафедре "Локомотивы" Самарского института инженеров железнодорожного транспорта им. М.Т.Елизарова для научных исследований с целью расширения функций ИИС.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены автором и обсуждены на: IX, X областных научно-практических конференциях (Куйбышев,!985,1989г.г.);отраслевой научно-технической конференции "Роль молодых ученых и специалистов в развитии научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте" (Москва, 1984г.); научной конференции "Новые методы вибродиагностики технического состояния машин" (Каунас, 1986г.); VI Всесоюзном совещании "Техническая диагностика" (Москва, 1987г.); Всесоюзной научно-практической конференции "Методы и средства виброакустической диагностики машин" (Ивано-Франковск, 1988г.); Всесоюзной с участием специалистов Соц. стран научно-практической конфе-
6 ренции "Проблемы повышения надежности и безопасности технических
средств железнодорожного транспорта" (Москва,1988г.); Республиканской конференции "Техническая диагностика и повышение надежности средств транспорта" (Ташкент, 2 988г.); II Всесоюзной научно-технической конференции "Вибрация и вибродиагностика" (Горький, 1988г.); научно-техническом семинаре "Диагностика, повышение эффективности и долговечности двигателей" (Ленинград, 2 989,1990,1992г.г.); цт Международной научно-технической конференции "Проблемы развития локомотивостроения" (Луганск, 1990г.); III Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированные системы испытания объектов железнодорожного транспорта"(0.мск,1991 г.); научно-техническом семинаре "Современные средства диагностирования дизельных двигателей автотранспортных средств и методы оптимального регулирования их тягово-экономических и экологических характеристик" (Рига, 1991г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы безопасности движения поездов" (Ташкент, 1991г.); VII конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта"(Днепропетровск, 1992г.); Международной конференции "Концепция развития и высокие технологии индустрии ремонта транспортных средств" (Оренбург, 1993 г.); заседании научно-технического семинара электромеханического и электротехнического факультетов СамИИТа (Самара,1996, 1997г.г.)
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 статей, 18 тезисов научных докладов и получено 4 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков, выполненных на 11 страницах, списка литературы из 114 наименований библиографических источников и 7 приложений на 36 страницах, содержащих 23 рисунка, 5 таблиц и акты внедрения.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Метод построения диагностических и прогнозирующих моделей оптимальной сложности.
-
Метод разделения источников вибраций при вводе виброакустической информации в память микро-ЭВМ.
-
Метод повышения достоверности вводимой в память микро-ЭВМ виброакустической информации.
-
Алгоритмы и машинные программы для функционирования ИИС при использовании микро-ЭВМ системы как в режиме съема, диагностирования и прогнозирования технического состояния ТА ДВС, так и в режиме построения моделей оптимальной сложности.
-
ИИС для оценки и прогнозирования технического состояния ТА ДВС по параметрам вибраций на базе микро-ЭВМ.