Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач железнодорожного транспорта является экономия нефтепродуктов. В тепловозном хозяйстве эта задача решается внедрением новых высокоэкономичных энергетических установок на локомотивах, топливосберегающих технологий вождения поездов, усовершенствованных процессов ремонта и обслуживания тепловозов и комплекса других мероприятий. В ряду этих мероприятий ключевое место занимает контроль теплотехнического состояния силовых агрегатов тепловоза и, в первую очередь, дизеля, позволяющий объективно оценить качество при проведении послеремонтных реостатных испытаний. Разработка и создание систем техніїческого диагностирования направлены на повышение эксплуатационной надежности и экономичности тепловозных дизелей при минимальных экономических затратах.
Вопросам диагностирования тепловозных дизелей посвятили свои труды видные отечественные ученые и специалисты, среди которых Е.А. Никитин, Е.С. Павлович, А.Э. Симеон, А.З. Хомич, Е.Е. Коссов, Л.В. Станиславский, Э.А. Улановский, Э.Д. Тартаковский, П.П. Пархоменко, С.Г. Жалкин, Э.А. Пахомов, Г.А. Фофанов, Ю.Е. Просвиров, Я.Ю. Гельфонд, А.Б. Подшивалов. Немало разработок по созданию диагностических систем для испытаний тепловозов выполнено коллективами ученых и специалистов ВНИИЖТа, ВНИТИ, МИИТа, ПГУПС (ЛИИЖТа), ОмИИТа, СамИИТа, ПКБ ЦТ МПС и др.
В процессе эксплуатации тепловозных дизелей происходят необратимые изменения в их конструкции, которые приводят к ухудшению технического состояния, к постоянным или внезапным отказам. Принятая в локомотивном хозяйстве система планово-предупредительного обслуживания и ремонта дизелей имеет недостатки:
ремонтно-регулировочным работам часто подвергается двигатель, находящийся в удовлетворительном состоянии и не нуждающийся в таких работах;
наступивший в период эксплуатации скрытый отказ устраняется только во время регламентных работ.
Указанные недостатки устранимы при использовании современных высокоэффективных технологий диагностирования тепловозов и тепловозных дизелей, основанных на применении компьютерных измерительных
систем. Применение таких систем позволяет перейти к работам, объем и содержание которых определяются фактическим состоянием объекта.
Одной из главных причин, ведущей к неисправностям дизелей в эксплуатации и вызывающей порчи тепловозов, является некачественное выполнение текущего ремонта и технического обслуживания. Объясняется это сложностью объекта, большим числом факторов, влияющих на работу тепловозных дизелей и необходимостью проведения большого количества расчетов для обработки экспериментальных данных. Применение компьютерных измерительных систем при проведении испытаний тепловозов и тепловозных дизелей позволяет повысить качество диагностирования, выявить причины неисправностей и выдать рекомендации по их устранению.
Цель работы заключается в создании компьютерной измерительной системы для испытаний тепловозов, позволяющей автоматизировать процессы измерений и обработку их результатов при проведении реостатных испытаний в локомотивных депо, а также при проведении научных исследований по созданию и совершенствованию новых типов дизелей.
Решение этой проблемы особенно при большом числе измеряемых величин позволяет резко уменьшить количество наблюдателей, сократить время проведения испытаний, повысить точность и синхронность измере-* ний, производить оперативную обработку измеряемых величин.
Научную новизну диссертационной работы характеризуют следующие основные результаты:
разработаны и экспериментально проверены алгоритмы работы компьютерной системы испытаний и оценки теплотехнического состояния тепловозов, обеспечивающие измерение, обработку и регистрацию основных параметров двигателей на установившихся и переходных режимах;
разработаны компьютерные программы для проведения испытаний тепловозов и тепловозных дизелей с обработкой результатов измерений в реальном масштабе времени;
на основе анализа причинно-следственных связей параметров работы тепловозных дизелей разработаны алгоритмы диагностирования с выдачей рекомендаций по устранению неисправностей при проведении текущих ремонтов;
разработаны алгоритмы и компьютерные программы записи, обработки и корректировки индикаторных диаграмм рабочего процесса тепло-
возных дизелей с учетом задержки поступления сигнала давления в датчик и точности установки отметчика положения верхней "мертвой" точки поршня в цилиндре;
собраны и систематизированы статистические данные различных типов тепловозных дизелей для построения допусковых моделей диагностирования, характеризующихся тем, что заключение о техническом состоянии объекта делается по результатам значений сигналов в контрольных точках;
разработаны алгоритмы и компьютерные программы автоматической калибровки датчиков с определением степени аппроксимирующего полинома, ее оптимизации и оценки погрешности^
Практическое значение работы состоит в том, что разработанная компьютерная система испытаний тепловозов и тепловозных дизелей позволяет значительно сократить время на проведение испытаний, повысить точность измерений, обнаруживать неисправности и выдавать рекомендации по их устранению.
Входящий в систему автоматический электронный топливомер позволяет с большой точностью определять часовой расход топлива дизелем, что необходимо для дальнейшего расчета удельного эффективного расхода топлива - главного критерия оценки теплотехнического состояния тепловоза. Разработанные компьютерные программы для записи, корректировки и обработки индикаторных диаграмм позволяют проанализировать текущие процессы тепловыделения, происходящие при работе дизеля и оценить характеристики процесса сгорания топлива.
Реализация результатов работы. Разработанная компьютерная измерительная система на протяжении десяти лет применяется на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа для проведения научных исследований по совершенствованию новых типов тепловозов и тепловозных дизелей.
В результате испытаний и отладки рабочего процесса дизелей тепловозов серий ТЭМ2У и ТЭМ18Г с дизель-генераторами ГДГ-50, использующих в качестве моторного топлива сжатый газ с присадкой дизельного топлива, их удельный эффективный расход топлива на режиме полной мощности был доведен до 220 V223 г/кВт-ч, что позволило в настоящее время перейти к этапу внедрения тепловозов в локомотивном депо.
При проведении испытаний тепловоза ТЭП80 с двумя последовательно установленными турбокомпрессорам!! было установлено, что на малых на-
грузках дизеля (до 7 позиции к.м.) давление наддувочного воздуха после первой ступени турбокомпрессора выше давления после второй ступени, что свидетельствует о том, что вторая ступень на указанных режимах не работает. При этом наблюдалось снижение коэффициента избытка воздуха и повышения температуры выпускных газов. Впоследствии было принято решение отказаться от последовательного включения турбокомпрессоров и перейти к параллельному.
Стендовые испытания опытного дизеля Д49 с силовой турбиной и осуществление совместной работы тягового генератора с высокооборотным генератором в режиме суммирования мощности показали, что значения, удельного эффективного расхода топлива на всех режимах кроме номинального при работе силовой установки с турбогенератором были ниже чем без него, что подтвердило преимущества принятой схемы воздухоснабже-ния.
В 1991 г. система применялась на полигоне тепловозостроительного завода г. Луганск при проведении испытаний газового тепловоза 2ТЭ10.
В 1992-93 гг. компьютерная измерительная система ВНИИЖТа была установлена на испытательном стенде американской фирмы ICN (США, штат Вашингтон, г. Такома) и применена для доводки газового дизеля на тепловозе фирмы General Motors.
В 1995 г. система применялась на реостатном стенде ВНИТИ при проведении испытаний газового тепловоза 2ТЭ116.
С 1995 г. по настоящее время компьютерная система применяется в локомотивном депо Верхний Баскунчак Приволжской железной дороги для проведения реостатных испытаний тепловозов серии 2ТЭ10.
С 1996 г. по настоящее время компьютерная система применяется в локомотивном депо Борзя Забайкальской железной дороги для проведения реостатных испытаний тепловозов серии М62.
В 1999 г. система установлена в локомотивном депо Узловая Московской железной дороги.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-техническом совещании отделения Тепловозов и локомотивного хозяйства (Москва, ВНИИЖТ, 1998), на IX международной научно-технической конференции "Проблемы развития рельсово-
го транспорта" (Алушта, 1999), на конференции аспирантов и молодых ученых по проблемам железнодорожного транспорта (Щербинка, 2000).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в четырех печатных работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных источников, включающего 85 наименований и двух приложений. Диссертация содержит 15 таблиц и 23 рисунка. Общий объем диссертации - 130 стр.
