Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние проблемы и задачи исследования 13
1.1. Состояние и основные положения технического диагностирования машин 13
1.2. Пневматический тормозной привод и его элементы, как объекты диагностирования 24
1.3. Анализ исследований в области эксплуатации ПТП, пневмоаппара-тов и тормозных систем 36
1.4. Анализ исследований в области теории динамических процессов ПТП и его элементов 53
1.5. Техническая диагностика сложных объектов на основе компьютерных технологий 63
1.6. Выводы и задачи исследования 80
ГЛАВА 2. Теоретические основы технического диагно стирования пневматического тормозного при вода автомобиля и его элементов 84
2.1. Анализ системы «Пневматический тормозной привод - тормозные механизмы - колеса - подвеска, подрессоренные и неподрессоренные массы - дорога» 84
2.2. Методы определения классификационных областей нахождения диагностических признаков разделенных уставками для диагностирования пневматических тормозных приводов и пневмоаппаратов 94
2.2.1. Выявление диагностических участков состояний ПТП и пневмоаппаратов 100
2.2.2. Распознавание состояний ПТП и пневмоаппаратов 103
2.3. Математические модели аппаратов пневматического тормозного привода 112
2.3.1. Теоретические предпосылки разработки математических моделей аппаратов пневматического тормозного привода 112
2.3.2. Математическая модель двухсекционного тормозного крана .119
2.3.3. Математическая модель крана управления стояночной тормозной системой 128
2.3.4. Математическая модель регулятора тормозных сил 134
2.3.5. Математическая модель клапана ограничения давления 140
2.3.6. Математическая модель ускорительного клапана 145
2.3.7. Математическая модель тормозной камеры 150
2.3.8. Алгоритм расчета фазовых динамических характеристик аппаратов ПТП 154
2.4. Математическая модель пневматического тормозного привода автомобиля 157
2.4.1. Математическая модель пневматического тормозного привода рабочей тормозной системы автомобиля 157
2.4.2. Алгоритм расчета фазовых динамических характеристик пневматического тормозного привода 162
2.5. Математическая модель подсистемы «Подвеска, подрессоренные и неподрессоренные массы» 164
2.6. Математическая модель подсистемы «Колеса» 174
2.7. Математическая модель подсистемы «Тормозные механизмы» .179
2.8. Математическая модель подсистемы «Дорога» 183
2.9. Математическая модель элементов «ДВС» и «Трансмиссия» 187
2.10. Алгоритм построения областей локальных диагнозов и оптимизации режимов диагностирования 190
2.11. Алгоритм расчета показателей процесса торможения автомобиля, оснащенного пневматическим тормозным приводом 194
Выводы 198
ГЛАВА 3. Методика экспериментальных исследований 201
3.1. Оборудование для проведения экспериментальных исследований.201
3.1.1. Компьютерный диагностический комплекс 203
3.1.2. Компьютерный измерительный комплекс для проведения ходовых испытаний автомобилей 221
3.2. Методика проверки адекватности математических моделей системы ПТКПД в условиях эксплуатации 228
3.2.1. Методика экспериментальных исследований статических и динамических характеристик пневмоаппаратов 231
3.2.2. Методика экспериментальных исследований динамических характеристик контуров пневматического тормозного привода 237
3.2.3. Методика экспериментальных исследований показателей эффективности тормозной системы автомобиля на стенде 241
3.2.4. Методика экспериментальных исследований выходных характеристик подсистемы «колеса» 244
3.2.5. Методика экспериментальных исследований показателей процесса торможения автомобиля в условиях эксплуатации 247
3.2.6. Оценка адекватности разработанных математических моделей 251
3.3. Методика экспериментальных исследований процесса изменения и связи диагностических признаков с параметрами технического состояния аппаратов и контуров ПТП 255
3.4. Методики определения диагностических нормативов 257
3.4.1. Методика определения номинальных нормативов Пн 258
3.4.2. Методика определения допустимых нормативов основных параметров ПТП 258
3.4.3. Методика определения допустимых значений диагностических признаков технического состояния аппаратов и контуров ПТП 264
3.4.4. Методика определения периодичности диагностирования ПТП по заданной вероятности безотказной работы 268
3.4.5. Методика прогнозирования остаточного ресурса ПТП 269
3.4.6. Методика определения технологичности методов диагностирования ПТП и пневмоаппаратов 273
Выводы 275
Глава 4. Результаты исследований и их реализация .279
4.1. Анализ изменения параметров технического состояния влияющих на работоспособность пневмоаппаратов и контуров ПТП в процессе эксплуатации 279
4.2. Результаты экспериментальных исследований фазовых статических характеристик пневмоаппаратов 289
4.3. Результаты проверки адекватности математических моделей аппаратов ПТП 291
4.4. Результаты исследований изменения и связей диагностических признаков с параметрами технического состояния аппаратов ПТП . 311
4.5. Результаты оптимизации режимов диагностирования аппаратов ПТП 345
4.6. Результаты проверки адекватности математических моделей контуров ПТП 348
4.7. Результаты исследований изменения и связей диагностических признаков с параметрами технического состояния контуров ПТП. 352
4.8. Результаты проверки адекватности математической модели подсистемы «Колеса» 368
4.9. Результаты проверки адекватности математической модели системы «ПТКПД» для расчета основных показателей процесса торможения автомобиля в условиях эксплуатации 373
4.10. Результаты определения допустимых значений основных параметров ПТП в условиях эксплуатации 376
4.11. Результаты нормирования значений диагностических признаков динамических характеристик аппаратов и контуров ПТП 390
4.12. Результаты ресурсных испытаний аппаратов и контуров ПТП 396
4.13. Технологии и алгоритмы технического диагностирования ПТП
и его элементов на основе компьютерных комплексов 398
Выводы 409
ГЛАВА 5. Экономическая эффективность технической диагностики птп и его элементов на основе компьютерных технологий 419
Общие выводы 438
Литература
- Анализ исследований в области эксплуатации ПТП, пневмоаппара-тов и тормозных систем
- Математические модели аппаратов пневматического тормозного привода
- Компьютерный диагностический комплекс
- Результаты исследований изменения и связей диагностических признаков с параметрами технического состояния аппаратов ПТП
Введение к работе
Актуальность проблемы. Наиболее крупным подкомплексом АПК является транспортный. Численность грузового автомобильного парка АПК значительно превосходит численность грузового автомобильного парка общего пользования. Им перевозится около 80% сельскохозяйственных грузов. Большую часть грузового автомобильного парка АПК составляют автомобили, оснащенные пневматическим тормозным приводом (ПТП). Высокая эффективность современных многоконтурных ПТП, продиктованная требованиями Правила №13 ЕЭК ООН и стандартами РФ, обеспечивается их конструктивной сложностью. В состав многоконтурного ПТП современного грузового автомобиля входит свыше нескольких десятков пневмоаппаратов, различного функционального назначения и конструктивного исполнения. При этом большая часть подвижного состава исчерпавшая свой ресурс распределена по многочисленным мелким хозяйствам, имеющим слабую производственную базу и испытывающим острый недостаток в техническом обслуживании, ремонте ПТП и пневмоаппаратов. Отсутствие высокоэффективного диагностического оборудования усугубляется высокой стоимостью пневмоаппаратов, составляющей 200 -г- 1200 тыс. рублей, в ценах 1 квартала 1997 года.
Существующие методы и средства диагностирования ПТП и его элементов основанные на статических методах измерения давления рабочего тела в установившихся режимах, малоинформативны. Процесс диагностирования сопровождается частичными или полными разборками ПТП и пневмоаппаратов (разрушающим контролем), большой трудоемкостью операций и длительными простоями автомобилей.
При этом, автомобиль остается самым опасным видом транспорта. Суммарный ущерб причиненный Российской Федерации дорожно-транспортными происшествиями (ДТП) в 1996 году составил около 16 триллионов рублей в ценах 1 квартала 1997 года. Только за три дня на автодорогах нашей страны гибнет людей больше, чем в течение года на всех других видах транспорта. Из-за ненадежности тормозов, грузовые автомобили в 2,7 раза чаще попадают в дорожно-транспортные происшествия чем легковые. Из общего числа ДТП, 37% возникает по причине неудовлетворительного технического состояния грузовых автомобилей, из которых 49% приходится на неисправности тормозных систем, в том числе ПТП и его элементов.
В связи с вышеизложенным, проблема повышения эффективности использования и активной безопасности автомобилей за счет обоснования, разработки и внедрения высокоинформативных, оперативных динамических методов и средств технического диагностирования пневматического тормозного привода и пневмоаппаратов имеет важное народнохозяйственное значение.
Стремление решить эту проблему вступает в противоречие с недостатком знаний о закономерностях процессов формирования диагностических признаков, характеризующих изменения технического состояния ПТП и пневмоаппа-
ратов и их связей с основными показателями эффективности тормозной системы автомобиля.
Работа выполнена в соответствии с научно-технической программой на тему «Разработка комплекса мероприятий, направленных на повышение производительности сельскохозяйственной техники путем рациональной организации использования, технического обслуживания, внедрения технической диагностики и применения комбинированных агрегатов» (№ гос. регистрации 01816007814), а также в соответствии с федеральной целевой программой «Повышение безопасности дорожного движения в России» на 1996-1998 годы, утвержденной постановлением Правительства РФ от 07.06.1996 г. № 653.
Рабочей гипотезой, исходной при решении сформулированной проблемы, являлось предположение о том, что разработка высокоэффективных методов диагностирования ПТП и его аппаратов возможна на основе анализа непрерывных функций зависимостей давления рабочего тела на выходах ПТП и его аппаратов от управляющего входного сигнала, которые при варьировании параметров технического состояния объектов диагностирования, работающих в динамическом режиме, образуют области работоспособных и неработоспособных состояний.
Цель исследований - повышение эффективности использования и активной безопасности автомобилей за счет реализации высокоинформативных, оперативных динамических методов и средств технического диагностирования пневматического тормозного привода и пневмоаппаратов, на основе современных компьютерных технологий и системной последовательности.
Объект исследований. Процесс формирования диагностических признаков, характеризующих изменения технического состояния ПТП и пневмоаппаратов и их связей с основными показателями эффективности тормозной системы автомобиля.
Методы исследований. Общей методологической основой исследований являлось использование системного подхода, обеспечивающего рассмотрение процесса формирования диагностических признаков, характеризующих изменения технического состояния ПТП и пневмоаппаратов с учетом взаимосвязей системных параметров. В аналитических исследованиях использованы методы теории распознавания образов, теории вероятностей, численные методы математического анализа, методы математического моделирования процессов торможения автомобиля и качения колеса с эластичной шиной. Экспериментальные исследования аппаратов ПТП проводились стендовыми методами, автомобилей с ПТП - стендовыми и дорожными испытаниями. Проводились длительные ресурсные испытания ПТП и его элементов в условиях эксплуатации, а также стендовые испытания шин. Анализ полученного экспериментального материала осуществлялся при помощи методов математической статистики.
Научную новизну представляют:
1. Теоретические основы технического диагностирования пневматиче-
ских тормозных приводов и их элементов динамическими методами, с использованием компьютерных технологий;
-
Комплекс математических моделей контуров ПТП и его основных пневмоаппаратов как объектов диагностирования;
-
Выявленные закономерности изменения и связи диагностических признаков с параметрами технического состояния, влияющими на работоспособность контуров ПТП;
-
Выявленные закономерности изменения и связи диагностических признаков с параметрами технического состояния, влияющими на работоспособность основных аппаратов ПТП;
-
Комплекс математических моделей системы «ПТКПД», позволяющий определять допустимые и предельные значения основных параметров пневматического тормозного привода в условиях эксплуатации;
-
Уравнения регрессии, описывающие динамику изменения диагностических признаков второго контура ПТП в функции наработки и позволяющие определять его остаточный ресурс;
-
Разработанные и изготовленные с использованием компьютеров PENTIUM-133 и аналого-цифровых преобразователей типа L-154 автоматизированные компьютерные диагностические комплексы, реализующие динамические методы диагностирования ПТП и пневмоаппаратов.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы:
на постах и станциях диагностики районных ремонтно-транспортных предприятий, специализированных АТП региональных управлений сельского хозяйства, АТП общего пользования, авторемонтных заводов, а также специализированных сервисных центров, при проведении диагностирования автомобилей с ПТП и пневмоаппаратов;
на постах инструментального контроля ГИБДД, при проведении инструментального контроля технического состояния автомобилей с ПТП в процессе государственного технического осмотра;
при разработке бортовых средств диагностики ПТП;
в учебном процессе, при подготовке инженеров-механиков сельскохозяйственного производства и инженеров механиков по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство».
Реализация результатов работы. Результаты исследований рекомендованы к внедрению Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия. Внедрены в ряде автотранспортных предприятий Республики Бурятия, выполняющих централизованные перевозки для предприятий АПК. Внедрены в Бурятском автоцентре КамАЗ, выполняющем гарантийное и сервисное обслуживание автомобилей с многоконтурным ПТП. Внедрены в учебном процессе на факультете механизации сельского хозяйства Бурятской ГСХА, на физико-техническом факультете Бурятского государственного уни-
верситета, а также на машиностроительном факультете Восточно-Сибирского ГТУ.
Апробация работы. В период с 1986 по 1998 гг. результаты исследований рассмотрены и одобрены на международных научных конференциях: «Город и транспорт» СибАДИ (г. Омск); ДВГТУ (г. Владивосток), на конференциях государственного и регионального уровня: Четвертой Всероссийской конференции ПИР-98 (г. Красноярск); III Всесоюзной научно-технической конференции «Диагностика автомобилей» ВСГТУ (г. Улан-Удэ), на заседаниях научно-технических советов: Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия; Бурятского автоцентра КамАЗ, на научных конференциях: СибАДИ (г. Омск); Владимирского ГТУ; ВСГТУ (г. Улан-Удэ); Иркутской ГСХА; Иркутского ГТУ, на заседаниях кафедр: ЭМТП Иркутской ГСХА; «Автомобили» ВСГТУ (г. Улан-Удэ); АД Красноярского ГТУ; ЭМТП Бурятской ГСХА; на научных семинарах СибИМЭ; Иркутской ГСХА; Бурятского ГУ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 372 наименований, в том числе 28 на иностранном языке и приложений. Работа изложена на 304 страницах машинописного текста и включает 52 таблицы, 123 рисунка и 4 приложения с материалами результатов исследований.
В разработке программного обеспечения и экспериментальной проверке отдельных математических моделей принимали участие сотрудники ВСГТУ СМ. Гергенов, Н.И. Мошкин и Д.А. Тихов-Тинников, которым автор выражает искреннюю благодарность.
Анализ исследований в области эксплуатации ПТП, пневмоаппара-тов и тормозных систем
Современные ПТП имеют сложную структуру. В состав ПТП современного автомобиля входит более трех десятков аппаратов, которые объединены в независимые контуры. Сложность конструкции современных ПТП продиктована Правилом № 13 ЕЭК ООН [267] к тормозной системе АТС, которое предъявляет к ПТП следующие требования [93, 267]: 1. Обязательное наличие в тормозном приводе нескольких независимых друг от друга контуров. Причем каждый контур должен иметь свой аккумулятор энергии, орган управления, исполнительный орган, свои магистрали и функционировать вне зависимости от других контуров. Кроме этого, в каждом контуре должен иметься элемент управления тормозами прицепа; 2. Приемлемое быстродействие пневмопривода. Длина магистралей привода современных АТС достигает 50 метров, что при относительно небольшой скорости распространения воздушной волны приводит к увеличению общего времени торможения. Поэтому необходимо включать в схему специальные ускорительные аппараты; 3. Обеспечение правильной очередности блокирования при торможении осей АТС. Данное требование выполняется при помощи корректирования давления в соответствии с вертикальной нагрузкой на мосты; 4. Введение в стояночную систему дополнительных аппаратов и подведение к ним магистралей управления, поскольку трансмиссионный тормоз имеет ограниченные возможности; 5. Обеспечение требования, чтобы «каждый тягач мог сцепляться с каждым прицепом», что привело к появлению дополнительных аппаратов и магистралей, образующих комбинированный привод автопоезда. 6. Обеспечение контроля за состоянием тормозного привода, сигнализации об его отказах и возможности диагностирования;
Типичным представителем современного ПТП второго поколения является многоконтурный пневматический тормозной привод автомобиля КамАЗ 5320, функциональная схема которого представлена на рис. 1.1. Позициями на схеме показаны: I - передний контур рабочей тормозной системы тягача; II -задний контур рабочей тормозной системы тягача (РТСТ); III - контур стояночной тормозной системы (СТС) и управления рабочей тормозной системой прицепа (РТСП); III.1 - подконтур СТС; Ш.2 - подконтур управления РТСП; III.3 - подконтур РТСП; IV - контур вспомогательной тормозной системы (ВТС) и не тормозных потребителей; V - контур аварийного растормаживания СТС; А - команда включить РТСП при торможении СТС; Б - контура РТСТ; Г - то же при торможении заднего его контура; Д - команда включить РТСП при торможении ВТС; Е - сигнал включения СТС; Ж - сигнал падения давления в ресивере контура III; И - подача сжатого воздуха пружинным энерго аккумуляторам; К - сигнал падения давления в ресиверах контура I; Л - то же контура II; М - стоп сигнал; Н - подача сжатого воздуха не тормозным потребителям; П - питающая магистраль двухпроводного привода; Р - управляющая магистраль двухпроводного привода; С - соединительная магистраль однопроводного привода; 1 - компрессор; 2 - регулятор давления; 3 - предохранитель от замерзания; 4 - конденсационный ресивер; 5 - двойной защитный клапан; 6 - кран слива конденсата; 7 - клапаны контрольного вывода; 8 - тройной защитный клапан; 9 - ресиверы контура СТС и РТСП; 10 - датчик падения давления и включения СТС; 11 - ресивер переднего контура РТСТ; 12 - ресиверы заднего контура с Рис. 1.1. Функциональная схема многоконтурного ПТП автопоезда КамАЗ 5320
РТСТ; 13 - манометр; 14 - ручной кран СТС; 15 - клапан управления тормозами прицепа двухпроводным приводом; 16 - кран ВТС; 17 - кран аварийного рас-тормаживания СТС; 18 - тормозной кран РТС; 19 - одинарный защитный клапан; 20 - ускорительный клапан; 21- датчик включения стоп сигнала и электромагнитного клапана прицепа; 22 - двухмагистральный клапан; 23 - клапан управления прицепом с однопроводным приводом; 24 - клапан ограничения давления; 25 - регулятор тормозных сил; 26 - разобщительные краны; 27 - пружинные энергоаккумуляторы СТС; 28 - соединительная головка для двухпроводного привода; 29 - соединительная головка для однопроводного привода; 30 - пневмоцилиндры ВТС; 31- пневмоцилиндр останова; 32 - передние тормозные камеры тягача; 33 - задние и средние тормозные камеры тягача; 34 - ресивер прицепа; 35 - магистральный фильтр; 36 - контрольные лампы на панели приборов; 37 - лампа стоп-сигнала; 38 - логический элемент «или» в схеме подключения зуммера; 39 - зуммер; 40 - двухмагистральный клапан с ограничителем давления; 41- электромагнитный клапан; 42 - воздухораспределитель; 43 -кран растормаживания прицепа; 44 - тормозные камеры прицепа.
Наиболее ответственной, с позиции обеспечения активной безопасности автомобиля, является рабочая тормозная система. Привод рабочей тормозной системы автомобиля КамАЗ, составляют первый и второй контуры ПТП (поз. I, II рис. 1.1.). Первый контур управляет тормозными механизмами колес передней оси, а второй, тормозными механизмами колес задней и средней осей.
Как видно из схемы рис. 1.1, защитные аппараты ПТП делят его на автономные функционально обособленные контуры. Причем так, что выход из строя одного контура не вызывает нарушений в работе других. Этот факт послужил основой для того, что диагностирование, с целью определения функциональных свойств ПТП, а также поиска неисправных элементов в его составе, проводится индивидуально по каждому контуру [93, 160, 191, 221, 343].
Математические модели аппаратов пневматического тормозного привода
Под коэффициентом расхода в термодинамике понимают произведение коэффициента, учитывающего потери на трение и на изменение формы и направления струи газа, и коэффициента, учитывающего уменьшение поперечного сечения струи при истечении. Однако, как правило, под коэффициентом расхода понимают отношение действительного расхода к теоретическому. Исследования посвященные определению коэффициентов расхода отражены в трудах [28, 58, 59, 60, 130, 165, 166, 237, 238 и др.]. В работе [166] отмечается, что погрешности в выборе коэффициента расхода являются основными источниками ошибок при выполнении расчетов газовой динамики. В работе [189] сделан вывод о том, что для газовой динамики автомобильных пневматических приводов целесообразно использовать постоянные значения коэффициентов расхода. В работе [28] рассматривается способ определения переменного коэффициента расхода при истечении сжатого воздуха через дроссель с постоянным сечением. Поэтому, при моделировании работы пневмоаппарата, мгновенные значения коэффициентов расхода предложено рассчитывать в зависимости от хода клапана с использованием выражения где: Рвх и Рv - соответственно значения давлений рабочего тела на входе в дросселируемый клапан пневмоаппарата и за ним; Км1 и Км2 - эмпирические коэффициенты, характеризующие изменение коэффициентов расхода в режиме наполнения и опорожнения; V - объем наполняемой (опорожняемой) емкости; /лої и juoj - начальные значения коэффициентов расхода, определяемые для каждого клапана по методике [189].
Уравнения 2.29, 2.32, 2.33, 2.34, 2.36, 2.37, 2.38, 2.39 и 2.40 позволяют моделировать газодинамические процессы наполнения и опорожнения аппаратов пневматического тормозного привода автомобилей рабочим телом, с учетом динамики изменения пропускных сечений клапанов 5&.
Для реализации предложенных теоретических предпосылок, для каждого отдельного аппарата пневматического тормозного привода, были составлены расчетные схемы, и на их основе записаны уравнения динамики перемещения его элементов, с целью расчета пропускных сечений клапанов. Затем, на втором этапе, были составлены уравнения газовой динамики наполнения и опорожнения пневмоаппарата рабочим телом.
Двухсекционный тормозной кран (ДСТК), является одним из наиболее ответственных и сложных по конструкции аппаратов пневматического тормозного привода. ДСТК относится к аналоговым управляющим аппаратам с прямой логикой и механическим приводом. Он предназначен для подачи сжатого воздуха в контуры рабочей тормозной системы автомобиля и управления тормозами прицепа.
Конструктивно ДСТК выполнен так, что верхняя его секция обеспечивает подачу сжатого воздуха через регулятор тормозных сил в нижние камеры энергоаккумуляторов задней и средней осей автомобиля. Нижняя секция обеспечивает подачу сжатого воздуха через клапан ограничения давления в тормозные камеры передней оси.
К ДСТК предъявляется ряд требований, наиболее важными из которых являются следующие: обеспечение следящего действия по положению рычага управления, высокое быстродействие и герметичность.
Для разработки математической модели ДСТК была составлена расчетная схема рис. 2.9, с учетом изложенных ранее требований. Начало координат Х0 -Х5 подвижных элементов ДСТК соответствуют исходному состоянию пневмоаппарата, при отсутствии давления рабочего тела на его входах и выходах.
Входным управляющим сигналом ДСТК является угол поворота ф рычага 2. С целью моделирования преобразования угла поворота ф в координату перемещения толкателя 3 составлено следующее уравнение:
Используя принцип Даламбера, и учитывая конструкцию двухсекционного тормозного крана, были составлены дифференциальные уравнения динамики перемещений подвижных элементов ДСТК, для каждой из пяти степеней свободы: где: Хi - координаты перемещений поршней и клапанов (начало координат совпадает с их положением в исходном состоянии); Р11 и Р12 - давление воздуха на входе в кран; Р21 и Р22 - давление воздуха на выходе; mi - массы подвижных элементов ДСТК; Спр1 - жесткости пружин; дпр1 - величины упругой деформации преднатяга пружин; Ft - усилие, действующее от элемента пневмоаппарата с г - ой координатой перемещения (правые части дифференциальных уравнений для элемента пневмоаппарата с г - ой координатой перемещения); Fпр2 и Fпр4 - функции расчета усилий, создаваемых коническими пружинами 2 и 4; Fтрi - силы трения элемента пневмоаппарата с і - ой координатой перемещения; D - диаметры элементов ДСТК, согласно расчетной схеме.
Полученная система дифференциальных уравнений (2.42) составлена в соответствии с требованиями и допущениями, принятыми в теоретических предпосылках. Так силы трения, действующие на подвижные элементы ДСТК, определяются с использованием уравнений (2.24) и (2.25). Силы инерции определяются как произведение массы подвижного элемента ДСТК на вторую производную координаты его перемещения. Силы упругости пружин, определяются как произведение их жесткости, на суммарную деформацию (от преднатяга и сжатия при перемещении подпружиненного подвижного элемента.
Моделирование характеристик упругого резинового элемента 5 (рис.2.9) выполнялось с учетом гистерезисных потерь, имеющих место при деформации полимеров. Для этого было разработано математическое описание полученной автором экспериментальной зависимости усилия упругого элемента от его деформации Fупр=f(Sру), с использованием метода кусочно-линейной аппроксимации (рис. 2.10).
Аппроксимация описывает линейными функциями площадь гистерезисных потерь ОDАВСО (ELABE), с учетом предварительного сжатия упругого элемента на величину А\. Она предусматривает: первоначальное нарастание усилия Fупр по линии ОD; промежуточное нарастание усилия по одной из семейства параллельных прямых линий EL, ВАи др.;
Компьютерный диагностический комплекс
Система измерения замедления автомобиля изготовлена в виде деселерометра, состоящего из тензометрической балки с закрепленной на ней массой. Балка установлена в герметичном корпусе заполненном вязкой жидкостью. Это позволяет демпфировать резонансные колебания балки при воздействии на нее вибраций возникающих при движении автомобиля, и тем самым снизить уровень случайных погрешностей при измерении замедления. Сигнал деселерометра усиливается тензоусилителем и поступает на вход АЦП.
Система измерения углов поворота, крена и деферента автомобиля выполнена на базе авиационных гироскопических приборов ЦГВ-4К и Г-3М. Гирокомпас Г-3М преобразует угол поворота автомобиля относительно его вертикальной оси в напряжение, которое после усиления в блоке усилителей поступает на вход АЦП.
Центральная гировертикаль ЦГВ-4К осуществляет преобразование углов крена и деферента в аналоговые сигналы, которые подаются на вход АЦП.
С целью начальной ориентации гироскопов приборов ЦГВ-4К и Г-3М в комплексе установлены блоки подстройки. Переменное напряжение для питания гироскопических приборов 36 В 400 Гц, вырабатывается преобразователем ПТ-125Ц использующим энергию аккумуляторных батарей.
Отметчик момента начала торможения автомобиля выполнен в виде микропереключателя, устанавливаемого на педаль тормоза. При нажатии на педаль тормоза происходит замыкание контактов микропереключателя и подача ступенчатого сигнала на вход АЦП.
Абсолютная погрешность регистрации времени процесса торможения автомобиля определяется частотой прерываний, задаваемой тактовым генератором АЦП и компьютера измерительного комплекса, не превышает 3 10-5 с.
Аналого-цифровой преобразователь осуществляет преобразование анало 227 говых сигналов измерительных систем комплекса в цифровые коды, поступающие на вход переносного компьютера. Для работы компьютерного измерительного комплекса использован АЦП типа Е-330 фирмы «L-card» (г. Москва). АЦП предназначен для совместной работы с компьютерами типа Notebook и Roverbook. Он имеет 16 входных дифференциальных каналов, или 32 канала с общей землей, максимальная частота преобразования составляет 500 кГц, время преобразования 1,7 мкс, полоса пропускания 370 кГц, диапазон измеряемого входного сигнала от 0 до 5,12 В, интегральная нелинейность преобразования - +0,8 МЗР, дифференциальная нелинейность преобразования - +0,5 МЗР, смещение нуля - +0,5 МЗР, приведенная результирующая погрешность преобразования не превышает 0,1 %.
Регистрация параметров исследуемого процесса осуществляется переносным компьютером Roverbook, модели Partner AD, код G 755, с активным монитором, жестким диском емкостью 2,1 Гб, процессором Intel Pentium MMX - 133 МГц, имеющем ОЗУ - 8 Мб, кэш память - 512 Кб. Компьютер имеет встроенный дисковод 3,5" емкостью 1,44 МВ и сенсорную мышь Touch Pad. Питание компьютера осуществляется от съемного миниатюрного аккумулятора NiMH 3000 мА/час, обеспечивающего стабильную работу компьютера в течение 2 часов при напряжении питания 19 и В. Питание компьютера может также осуществляться от сети переменного тока напряжением 240 В +10%, при частоте 50 Гц.
Визуальный контроль за начальной скоростью торможения осуществлялся по цифровому дисплею прибора ЦАТ-3М. С этой целью, прямоугольные импульсы преобразователя «оптопара» датчика «пятое колесо» подаются на вход прибора ЦАТ-3М. Для определения частоты и к (Гц) следования прямоугольных импульсов с датчика «оптопара» используется выражение: 228 где : пк - скорость вращения «пятого колеса» (об/мин); Nк - количество зубьев ротора датчика «оптопара». При известной линейной скорости автомобиля V, скорость вращения «пятого колеса» находится по формуле: зо-к п = . (3.20) где : гк - радиус «пятого колеса» (м) ; Подставив формулу (3.20) в выражение (3.19), получим окончательное выражение для определения частоты и к следования прямоугольных импульсов с датчика «пятое колесо» при известной скорости движения автомобиля:
Так, в частности, определенная по формуле (3.21) частота следования прямоугольных импульсов с датчика «пятое колесо», при Nк = 60, радиусе «пятого колеса» гк = 0,35 м и линейной скорости автомобиля V = 40 км/час, составляет 303,15 Гц. Все приборы компьютерного измерительного комплекса смонтированы на двух платформах размещенных друг над другом. Такая компоновка легко обеспечивает установку измерительного комплекса в кабине автомобиля. Две аккумуляторные батареи типа 6-СТ-120 обеспечивают стабильную работу измерительных систем комплекса в течение 4 часов.
Результаты исследований изменения и связей диагностических признаков с параметрами технического состояния аппаратов ПТП
Диагностические участки k1 - k3 позволяют контролировать изменение ФДХ КУС в выявленных областях локальных диагнозов D1 -D3. Диагностические участки k4 - k5 позволяют оценивать быстродействие КУС.
Для оценки взаимной корреляции параметров технического состояния и выявленных диагностических признаков КУС был выполнен корреляционный анализ, результаты которого приведены в табл. 4.12. Анализ показывает, что диагностические признаки участков динамических характеристик имеют тесную корреляционную связь с соответствующими параметрами технического состояния КУС.
В процессе установления функциональных связей диагностических признаков с параметрами технического состояния, был выполнен расчет числовых значений диагностических признаков на участках локальных диагнозов при варьировании значений параметров технического состояния, наиболее значимо влияющих на функциональные свойства исследуемого КУС.
Затем, с среде «Microsoft Excel» были построены графики зависимостей диагностических признаков от параметров технического состояния КУС (табл.4.13), которые затем были подвергнуты полиномиальной аппроксимации по методу наименьших квадратов с использованием уравнения (3.52).
Достоверность аппроксимации оценивалась параметром R2, величина которого определялась по выражению (3.53).
Полученные, на основании использования методики описанной в разделе 3.3, уравнения связей и параметры достоверности аппроксимации R2 для пнев-моаппаратов КУС представлены в табл. 4.13. Их анализ показывает:
Повышение силы трения поршня от 5 до 750 Н, искажает ФДХ КУС, уменьшая величину диагностического признака k1 в режиме опорожнения от 0,439 до 0,366 МПа. При этом время опорожнения КУС и приемного ресивера tо уменьшается в среднем на 36,6%, достигая значения 0,978 с, а следящее действие пневмоаппарата увеличивается. Повышение силы трения поршня от 5 до 500 Н практически не изменяет величину времени опорожнения tо. Увеличение силы трения поршня свыше 700 Н, приводит к его заклиниванию;
Силатренияпоршня Силатренияклапана Жесткость пружины клапана Жесткость пружины поршня Силатренияпоршня Силатренияклапана Жесткость пружины клапана Жесткость пружины поршня искажает ФДХ КУС, уменьшая величину диагностического признака к2 в режиме опорожнения от 0,649 до 0,520 МПа. При этом время опорожнения КУС и приемного ресивера tо уменьшается в среднем на 20,7% ;
Повышение силы трения клапана от 5 до 175 Н, искажает ФДХ КУС в режиме опорожнения, уменьшая величину диагностического признака к3 от 0,438 до 0,356 МПа. При этом время опорожнения КУС и приемного ресивера tо уменьшается на 64,7%, достигая значения 0,35 с, а следящее действие пнев-моаппарата увеличивается. Повышение силы трения клапана до 80 Н, практически не изменяет значений диагностического признака к3, а также времени опорожнения tо;
Жесткость пружины клапана, а также преднатяг пружины штока КУС, в диапазонах их эксплуатационных изменений, мало влияют на динамические свойства и следящее действие КУС. Результаты оптимизации режимов диагностирования аппаратов ПТП
Экспериментальными и расчетными методами исследований установлено, что площади, образованные ФДХ пневмоаппаратов в процессе их наполнения и опорожнения увеличиваются, с повышением темпов Zупр изменения управляющих воздействий Uупр (рис. 4.27). При этом чувствительность AUki диагностических признаков на участках локальных диагнозов аппаратов ПТП к изменению параметров технического состояния Q, с повышением темпов Zупр изменения управляющих воздействий сначала растет, а затем начинает снижаться (рис. 4.27).
Начальный рост чувствительности AUu диагностических признаков объясняется тем, что с повышением темпов Zупр изменения управляющих воздействий, изменение параметров технического состояния Qt аппаратов ПТП приводит к нарушению динамики перемещения их подвижных элементов (поршней, толкателей, клапанов и т.п.). Что, в свою очередь, ведет к нарушению протекания газодинамических процессов в аппаратах ПТП и увеличению областей локальных диагнозов, образованных ФДХ.
При высоких темпах Zупр, скорости изменения управляющих воздействий становятся настолько велики, что ФДХ работоспособных пневмоаппаратов образуют большие петли, соизмеримые с площадями координатных плоскостей, оси которых ограничены максимальными значениями управляющих (X=UупрМАХ) и выходных (Y = P2MAX) параметров.
Таким образом, решение задачи оптимизации темпов изменения входных управляющих воздействий, обеспечивающих наибольшую чувствительность диагностических признаков на участках локальных диагнозов, выполнялось на основе разработанного в разделе 2.10 алгоритма (рис. 2.32), реализующего целевую функцию (2.155). Полученные результаты расчетов для аппаратов ПТП, представлены в табл. 4.14.
