Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования 7
1.1. Основные аспекты контроля технического состояния тягового подвижного состава 7
1.2. Методы и средства контроля и диагностирования технического состояния тепловозных энергетических установок 10
1.3. Постановка задач исследования 34
2. Формирование совокупности контролируемых параметров для оценки технического состояния тепловозной энергетической установки и функционально связанных с ней систем 36
2.1. Критерии выбора контролируемых параметров 36
2.2. Моделирование процессов функционирования энергетической установки тепловоза и функционально связанных с ней систем 38
2.3. Разработка граф-модели дизель-генераторной установки тепловоза в пространстве свойств 43
2.4. Переход от пространства свойств граф-модели функционирования дизель-генераторной установки тепловоза к пространству параметров 47
2.5. Основные теоретические положения выбора параметров контроля и диагностирования на граф-модели 49
2.6. Формирование совокупности контролируемых параметров для оценки технического состояния энергетической установки тепловоза и функционально связанных с ней систем 57
3. Разработка математических моделей обработки параметрической информации для контроля технического состояния тепловозной энергетической установки и функционально связанных с ней систем 116
3.1. Оценка параметров работы тепловозной энергетической установки 117
3.2. Разработка математической модели оценки качества функционирования теплообменных аппаратов 120
3.3. Математическая модель оценки технического состояния турбокомпрессора 139
3.4. Разработка алгоритмов локализации неисправностей в функциональных системах тепловозной энергетической установки 144
4. Разработка методики оценки эксплуатационной экономичности дизельных локомотивов на заданном участке обслуживания 148
4.1. Расчет времени эксплуатационной работы дизель-генераторной установки тепловоза по позициям контроллера машиниста на заданном участке обслуживания 148
4.2. Расчет эксплуатационной экономичности тепловоза на заданном участке обслуживания 154
5. Технико-экономическое обоснование целесообразности внедрения результатов диссертационной работы 159
Основные результаты и выводы 169
Список использованных источников 170
- Методы и средства контроля и диагностирования технического состояния тепловозных энергетических установок
- Разработка граф-модели дизель-генераторной установки тепловоза в пространстве свойств
- Разработка математической модели оценки качества функционирования теплообменных аппаратов
- Расчет эксплуатационной экономичности тепловоза на заданном участке обслуживания
Введение к работе
Актуальность проблемы. Программа реформирования железнодорожного транспорта связана с разработкой и реализацией комплекса мер, направленных на повышение эффективности использования локомотивного парка. Повышение эксплуатационной эффективности дизельного подвижного состава неразрывно связано с совершенствованием системы технического обслуживания и ремонта. В последнее время отчетливо наметилась тенденция перехода к системе ремонта подвижного состава по состоянию, реализация которой во многом определяется уровнем информационного сопровождения процессов эксплуатации, ремонта, технического контроля и диагностирования.
Отсутствие в настоящее время единого системного подхода к вопросам диагностического обеспечения дизельного подвижного состава привело к созданию различных по техническим возможностям и методическому сопровождению диагностических средств, ни одно из которых в полной мере не обеспечивает требуемого информационного сопровождения процессов эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.
Изложенное выше определяет актуальность научных исследований диссертационной работы, направленных на совершенствование системы контроля технического состояния дизельного подвижного состава, реализуемой на минимально необходимом, но достаточном объеме информационного сопровождения, с целью формирования системы ремонта тягового подвижного состава по техническому состоянию.
Работа выполнена в соответствии со Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г., утвержденной постановлением Правительства РФ № 877-р от 17 июня 2008 г., программой госбюджетной научно-исследовательской работы кафедры «Локомотивы» ОмГУПСа «Совершенствование системы ремонта, повышение эффективности эксплуатации и снижение экологического воздействия на окружающую среду дизельного подвижного состава» (номер государственной регистрации – 01.95.0007235).
Цель диссертационной работы – совершенствование системы контроля технического состояния дизельного подвижного состава.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи.
1. Выполнить анализ теоретических и экспериментальных методов контроля и диагностирования дизельного подвижного состава, дать оценку эффективности их использования в системе технического обслуживания и ремонта.
2. Создать диагностическую модель, характеризующую функционирование тепловозной энергетической установки и функционально связанных с ней систем (ЭУ и ФСС), и обосновать метод формального описания взаимосвязей действующих факторов и контролируемых параметров ЭУ и ФСС.
3. Сформировать совокупность диагностических параметров для контроля работоспособности ЭУ и ФСС, удовлетворяющих требованиям ремонтопригодности тепловоза.
4. Разработать математические модели обработки параметрической информации для оценки технического состояния тепловозной ЭУ и ФСС, адаптированных к условиям проведения регламентных работ по техническому обслуживанию и ремонту локомотивов.
5. Разработать методику оценки тяговых и экономических показателей эксплуатации локомотивов с использованием их индивидуальных энергетических и экономических характеристик.
6. Дать технико-экономическое обоснование целесообразности внедрения результатов диссертационной работы.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались: основы теории графов, положения алгебры логики и распознавания образов; методы математического моделирования процессов теплопередачи; методы расчета энергетических параметров агрегатов наддува на основе баланса мощности турбины и компрессора турбокомпрессора; основные теоретические положения теории локомотивной тяги.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.
1. Создана топологическая граф-модель ЭУ и ФСС, составляющая основу теоретического подхода к диагностическому обеспечению транспортных энергетических установок.
2. Определена и обоснована совокупность диагностических параметров ЭУ и ФСС, сформированная на базе оптимизации структуры разработанной диагностической модели, периодический контроль которых позволит повысить показатели безотказности и ремонтопригодности тепловозной энергетической установки, создать предпосылки перехода к техническому обслуживанию подвижного состава по состоянию.
3. Сформирован комплекс математических моделей для оценки технического состояния тепловозной энергетической установки и ее функциональных элементов с использованием результатов эксплуатации, стендовых и реостатных испытаний.
4. Предложена методика формирования режимов нагрузки тепловозов в поездной работе и их эксплуатационной экономичности с учетом индивидуальных тягово-энергетических и экономических характеристик дизель-генераторной установки.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически, подтверждена результатами сравнения теоретических расчетов с эксплуатационными показателями дизельных локомотивов на выбранном участке обращения и нормативными параметрами теплообменных аппаратов и агрегатов наддува для заданных нагрузочных режимов. Расхождения результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных не превышают 7 %.
Практическую ценность диссертации составляют:
1) диагностическая граф-модель ЭУ и ФСС тепловоза, оптимизация структуры которой обеспечивает выбор минимально необходимого, но достаточного количества диагностических параметров для разработки локальных, бортовых и стационарных систем диагностирования энергетической установки тепловоза и функционально связанных с ней систем;
2) методика обработки набора контролируемых параметров для оценки технико-экономического состояния тепловозных энергетических установок и их вспомогательных систем;
3) методика формирования режимов работы дизель-генераторной установки тепловозов и эксплуатационной экономичности с учетом их индивидуальных технико-экономических характеристик и действующего графика движения поездов на заданном участке обращения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (Одесса, 2008); на всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития», посвященной 130-летию Свердловской железной дороги (Екатеринбург, 2008); всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (Самара, 2009); международной научно-практической конференции «Молодежь и наука: реальность и будущее» (Невинномысск, 2009); международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2009); научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (Омск, 2009); научно-техническом семинаре ОмГУПСа «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2010).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, в том числе три – в изданиях перечня, определенного ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 117 наименований и двух приложений. Работа изложена на 183 страницах, содержит 54 таблицы и 82 рисунка.
Методы и средства контроля и диагностирования технического состояния тепловозных энергетических установок
В настоящее время задача обеспечения требуемого уровня надежности и эффективности использования ТПС возлагается на систему планово-предупредительных ремонтов (ППР), в процессе которой происходит проверка и восстановление технического состояния локомотивов. Система ППР создавалась на основе многолетнего опыта эксплуатации дизельного подвижного состава различных серий, анализа результатов эксплуатации и интуиции разработчиков. Ремонтное обслуживание ТПС проводится в установленные сроки и с периодичностью, обусловленной действующими инструкциями. Объем и вид обслуживания, ремонта или технической ревизии определяются по среднестатистическим данным для каждого типа ТПС независимо от его технического состояния и условий эксплуатации. Последователь ность выполнения работ, нормы времени, контрольно-измерительная аппаратура, инструмент и расходные материалы указываются в технологических картах и соответствующих инструкциях.
Несмотря на это, в эксплуатационной практике имеют место случаи внезапного возникновения неисправностей или отказов в работе ТПС. Основная причина - низкий уровень входного и выходного контроля, который не позволяет определить фактическое техническое состояние локомотивов и не дает конкретных рекомендаций о требуемом объеме выполняемых работ. Кроме того, практика применения планово-предупредительной системы ремонта на железных дорогах России показала, что планирование объема ремонта тепловоза только в зависимости от его межремонтного пробега без учета действительного технического состояния ведет не только к снижению эксплуатационной надежности и эффективности локомотивов, но и к значительному перерасходу денежных и материальных ресурсов.
Очевидные недостатки системы ППР вызывают стремление ведущих ученых и специалистов отрасли внести соответствующие коррективы в эту стратегическую область локомотивного хозяйства ОАО «РЖД». Достаточно широко известны работы В. В. Стрекопытова, И. Ф. Пушкарева, А. И. Володина, А. Э. Симеона, Э. Д. Тартаковского, А. 3. Хомича, Э. А. Пахомова, Л. С. Назарова, А. П. Бородина, В. П. Парамзина, А. Д. Беленького и многих других. Вопросам совершенствования системы технического обслуживания локомотивов как железнодорожного, так и промышленного транспорта посвящены многочисленные труды ученых ВНИИЖТа, ВНИТИ, ОмГУПСа, МИИТа, ПГУПСа, ДВГУПСа, РГУПСа, СамГУПСа и др [1 - 20].
В этих работах сформировано научное обоснование необходимости перехода к системе ремонта по фактическому техническому состоянию ТПС. Объективные предпосылки к постановке и решению этой задачи следующие: - ухудшение показателей эксплуатационной надежности тягового под вижного состава - по среднестатистическим данным интенсивность отказов в пути следования и интенсивность заходов на внеплановые ремонты за по следние десять лет возросли в два раза, причем большая часть отказов при ходится на основные системы дизеля; — возросшие требования к надежности тепловозов и эффективности их использования из-за увеличения интенсивности движения поездов и умень шения эксплуатируемого парка тепловозов; — положительный опыт создания и применения средств технической диагностики в других отраслях промышленности и транспорта.
Процесс совершенствования системы ТОР локомотивов, начиная от вопросов оптимизации межремонтных пробегов при планово-предупредительной системе ремонта, до организации ремонта по фактическому состоянию осуществляется по мере развития и внедрения методов и средств технического диагностирования. В технической специальной литературе встречается большое количество публикаций, отражающих пути повышения эффективности применения существующих систем диагностирования с целью повышения эффективности всей системы технического обслуживания и ремонта локомотивов в целом. При этом применение методов и средств технической диагностики не противопоставляется действующей в настоящее время планово-предупредительной системе ремонта локомотивов, а только рационально дополняет и обогащает ее.
Изложенные выше положения определяют актуальность поставленной в диссертационной работе цели исследований, которая заключается в разработке минимально необходимого и достаточного информационного сопровождения для оценки технического состояния дизельного подвижного состава с целью формирования и совершенствования системы ремонта по техническому состоянию.
Контроль и диагностирование технического состояния тепловозов являются взаимосвязанными процессами [21]. Под контролем понимают процесс определения состояния объекта включающий совокупность операций по проверке работоспособности, локализации и прогнозированию отказов. Анализ полученных при контроле данных с целью распознавания состояния и места отказа с определенной точностью называется техническим диагностированием.
Тепловоз, как объект диагностирования, представляет собой сложную тепло- электромеханическую систему, качество функционирования которой в целом в соответствии с принципом декомпозиции определяется техническим состоянием, уровнем регулировки и настройкой основных функциональных блоков [21 — 24]. Дизель-генераторная установка является основным функциональным элементом тепловоза и, в силу особенностей конструкции и протекающих в ней процессов, выделяется наряду с другими элементами в самостоятельный объект контроля и диагностирования. Особенности тепловозной энергетической установки как объекта контроля и диагностирования представлены на рис. 1.1.
Прежде всего, ДГУ характеризуется внутренней сложностью, так как состоит из множества функциональных элементов, находящихся в определенных отношениях и связях между собой. Функционирование ДГУ в среде опирается на определенную упорядоченность элементов и связей. Структурно и функционально различные аспекты упорядоченности образуют основу иерархического строения ДГУ, разбиения ее на функционально связанные подсистемы (питания, смазки, охлаждения, воздухоснабжения и другие), причем каждая из них в свою очередь может рассматриваться как система, а сама ДГУ в качестве подсистемы входит в систему более высокого порядка -тепловоз. Многомерность ДГУ обусловлена наличием большого числа связей между подсистемами. Многокритериальность характеризуется разнообразием целей отдельных подсистем, а также разнообразием предъявляемых к ним требованиям. Свойства ДГУ не исчерпываются свойствами отдельных подсистем и функциональных элементов — синергетический эффект, наоборот, ДГУ имеет свойства, которые не присущи подсистемам и элементам, и не могут быть образованы простым суммированием их свойств - принцип эмерджентности, а формируются благодаря учету взаимодействия между отдельными ее частями. Специфической чертой ДГУ является наличие в ней процессов управления. Агрегаты, системы и механизмы ДГУ разнородны по принципу действия (газодинамические процессы дизеля, тепловые процессы системы охлаждения, механические — кривошипно-шатунного механизма и другие) и характеризуются различной физической сущностью.
Разработка граф-модели дизель-генераторной установки тепловоза в пространстве свойств
Выходные величины Y будут иметь в качестве главных аргументов входные величины К, изменяющиеся случайно относительно своих центрированных значений, а также характеристики состояния внутренних параметров системы. Множество внутренних параметров представляется рядом подмножеств.
Параметры процесса функционирования объекта образуют характеристики множества подпроцессов, составляющих основной процесс функционирования системы. Эти параметры представляют множество F = {f1,f2,...,fg} такое, что FcM, где М - множество свойств функционирования системы, YnF 0, R n F = 0 (параметры множества F характеризуют процесс функционирования ЭУ и ФСС, и представляют параметры тер-мо-, гидро- и газодинамики). Для ЭУ и ФСС множеством F служат параметры функционирования и сопутствующих работе двигателя процессов. В качестве параметров множества F можно рассмотреть параметры различных процессов и сред: давления, температуры, состав отработавших газов и другие.
Структурные параметры объекта Е = {el5 е2,..., еп}. К этой группе параметров относятся физические, химические, электрические, геометрические свойства элементов и, при этом EczM, YnE 0, R n Е = 0, FnE = 0. Структурный параметр — это характеристика (мера) технического состояния детали или узла двигателя (размер, форма, чистота поверхности, зазор в сопряжении деталей и другие).
Дефектом является несоответствие значений структурных параметров объекта наперед заданным значениям. Множество дефектов D является истинным подмножеством множества Е структурных параметров, то есть D с Е. Задача диагностирования заключается в выявлении и оценке элементов множества D.
Большая часть дефектов может быть определена по их косвенным проявлениям в значениях элементов множеств: R - характеристик процессов, F -параметров функционирования, Е — структурных параметров объекта. Таким образом, элементы множеств R, F, и Е, содержащие информацию о неисправностях, и составляют множество параметров и признаков диагностирования и контроля работоспособности. Переход от пространства свойств ЭУ и ФСС к пространству параметров осуществляется посредством замещения простых свойств функционирования X; (2.1) параметрами множеств К, R, F и Е в соответствии с рассмотренной выше классификацией. Мощность каждого множества параметров определяется информацией, имеющейся в распоряжении, и требуемым уровнем конкретизации (глубины диагностирования). Для случая, когда простое свойство функционирования характеризуется подмножеством параметров, применяется процедура гомоморфного отображения графов [38].
Основные теоретические положения выбора параметров контроля и диагностирования на граф-модели
Общую ситуацию для определения множества параметров контроля работоспособности и диагностирования ЭУ и ФСС можно представить в следующем виде.
ЭУ и ФСС имеют множество функциональных элементов L (дизель, теплообменные аппараты, насосы и так далее) и характеризуются множеством внутренних параметров М, состоящих из подмножеств R, F, Е и множества дефектов D, рассмотренных в п. 2.4. Введем дополнительное подмножество О внутренних параметров объекта, которые назовем определяющими, чувствительных к появлению того или иного дефекта или неисправности (0 = {o1,o2,...,og}, ОсМ). Для определения работоспособности объекта и распознавания дефектов использование всех элементов множества О представляется и неосуществимым (их свыше сотни), и ненужным, поскольку влечет за собой получение избыточной информации. Кроме того, не все параметры этих множеств, как отмечалось выше, в одинаковой степени доступны и измеримы.
Анализ достоинств и недостатков существующих алгоритмов позволяет сформулировать общие требования, предъявляемые к ним, основные из которых: необходимость учета структуры топологической граф-модели; поиск решения осуществляется при наличии весов вершин и ребер модели; точность решения возрастает в результате итеративного процесса оптимизации; исключить громоздкие переборы.
Базовыми алгоритмами являются так называемые логический и алгебраический. Суть логического алгоритма в нахождении минимальной логической функции, представленной в коньюктивной нормальной форме (КНФ). Минимальному внешнему устойчивому подмножеству (МВУП) соответствуют все простые импликанты минимальной дизъюнктивной нормальной формы. Логический алгоритм в чистом виде применим для графов с небольшой мощностью вершин и ребер. Для алгебраического алгоритма характерны операции над матрицей смежности вершин графа. Если преобразование матрицы позволяет получить подматрицы, содержащие в каждой строке хотя бы один ненулевой элемент, при проверки на внешнюю устойчивость, то столбцы такой подматрицы инциденты вершинам МВУП. Функциональные параметры ЭУ и ФСС сильно связаны, что затрудняет применение данного алгоритма. Рассмотрев качества этих алгоритмов с точки зрения сформулированных требований, очевидно, их несоответствие им.
Применяя эвристический алгоритм, вводится перенумерация вершин. Происходит исключение «лишних» вершин, то есть сужается исходная информация. Выбор очередной вершины зависит от уже отобранных вершин. При работе алгоритма ощутимо число переборов по сравнению с предыдущими алгоритмами. В результате получается несколько МВУП, но нет обоснований для выбора единственного.
Рассмотренные алгоритмы не исключают громоздких переборов, поэтому последующие разработки были направлены на устранение этого недостатка. В работе [38] введен вес вершин и ребер. Авторы смогли учесть не только веса ребер и вершин, но и интегральный показатель эффективности параметра вершины.
Обобщая результаты анализа и использования описанных выше алгоритмов, можно утверждать, что наиболее перспективным являются направления с использованием многокритериальных методов принятия решений. В связи с этим в работе использован метод покрытия таблиц расстояний, краткую характеристику которого приведем ниже [38].
С целью сокращения печатного объема рассуждений при анализе свойств Xj остановимся кратко на основных теоретических положениях методики и терминах, которыми будем в дальнейшем оперировать.
Разработка математической модели оценки качества функционирования теплообменных аппаратов
Проанализировав уравнения, составленные на основе выражения (2.30) для отдельных участков масляной системы и ее элементов, выделяем совокупность параметров, оказывающую наибольшее влияние на процесс течения масла на данном этапе.
Рассмотрим аналитические соотношения, характеризующие нормальный режим функционирования элементов МС.
Масляный насос (МН). Производительность шестеренчатого масляного насоса, характеризующая количество масла проходящего через систему в единицу времени, определяется выражением:
Фильтр тонкой и грубой очистки масла (ФТО и ФГО). Основным законом фильтрации является закон Дарси, по которому скорость фильтрации v,{, прямо пропорциональна градиенту перепада давлений АР, обратно пропорциональное вязкости л и зависит от проницаемости пористой среды Z. Как элементы гидравлической системы фильтры представляют собой местные сопротивления, для которых на основании уравнения Бернулли можно записать мф = Рмф пмф = Рмф Ьмф Рм имф/23 (2.32) где hM(j, — гидравлические потери напора потока масла на фильтре; Мф - коэффициент гидравлического сопротивления фильтра; Рмф, Р мф — соответственно давление до и после фильтра; рм - плотность масла; иМф - средняя скорость масла в фильтре.
Водомасляный теплообменник (ВМТ). Назначением охладителей масла является обеспечение необходимого отвода тепла от смазочного масла с целью поддержания его определенной рабочей температуры. Работа ВМТ на установившемся режиме описывается уравнениями теплового баланса, теплопередачи и гидравлики. Система уравнений теплового баланса и теплопередачи для ВМТ имеет вид: Q« =WM(tMl M2) = WB(tBl B2); QM = W s At,, (2.33) где WM = GM с - водяной эквивалент масла; WfM = kM FM - водяной эквивалент поверхности, омываемой маслом; tM2, tM] — температура масла на входе и выходе из теплообменника; GM — расход масла через теплообменник; срм — средняя теплоемкость масла; FM — поверхность теплообменника со стороны масла; км =1Д1/авд +dH/aMdB +є) - коэффициент теплопередачи в теплообменнике, отнесенный к поверхности, омываемой маслом; ам — коэффициент теплоотдачи от масла к наружной поверхности трубок; dH, dB — соответственно наружный и внутренний диаметры трубок охлаждающего элемента; авд -коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубок к охлаждающей воде; є — коэффициент загрязнения поверхности теплообмена. Величина коэффициентов теплоотдачи зависит от теплофизических параметров теплоносителей и скоростей движения сред: a = f (v, с, X, р, о, d).
Гидравлическое сопротивление масляного и водяного тракта теплообменника определит перепад давлений на входе и выходе из него P;=PT-(pGT FT)2/2, (2.34) где Р мт, Рмт - соответственно давление масла на входе и выходе из ВМТ; GT — расход среды через ВМТ; uFT — эффективная площадь проходного сечения холодильника, м2. Предохранительный и невозвратный клапаны (ПрК и НК). Потери напора на клапанах представляют собой потери в местных сопротивлениях, определяемые следующим выражением: hKJ1=feKJ1u2)/(2g). (235) При определенном значении Рвмт, превышающем заданный предел, ПрК открывается и разделяет поток масла (G =GMMT -G ), в результате давление в системе стабилизируется. НК служит для всасывания масла МН2 непосредственно из емкости масла (MB).
Масляная система дизеля (МСД) представляет собой сложную разветвленную гидравлическую систему. Давление и объемная подача масла на і-ом участке МСД определяются по гидродинамическим зависимостям вида РМДІ = 5МКІ Рм МДІ /2; G =d2K, имді тг/4, (2.36) где -ивді - скорость движения масла на і-ом участке; dMK-i — диаметр масляного канала или кольцевой зазор і-го участка; рм — плотность масла; МД{ - коэффициент гидравлического сопротивления і-го участка.
5. В граф-модель были введены вершины, представляющие структурные - собственные — параметры (множество Е), влияющие на вершины ц.м„, i, uFj, f; и Sj. Описание структурных параметров подмножества Е реализуем в терминах теории размытых категорий: Емн — техническое состояние масляного насоса; Ефгм и Ефтм — техническое состояние фильтров грубой и тонкой очистки; Евмт - техническое состояние ВМТ; Емсд - техническое состояние МСД; Епрк и Енк - техническое состояние перепускного и невозвратного клапанов; Емз - техническое состояние сетки маслозаборника.
Параметры Е; ввели по следующим соображениям. Анализ функциональной схемы МС показывает, что выходные параметры МС (множество R) в процессе эксплуатации могут измениться вследствие засорения фильтрующих элементов (Еф, Ефтм), отклонения гидравлических и тепловых параметров ВМТ (Евмт) и МСД (Емсд), нарушится работа клапанов (Епрк, Енк), снижения производительности масляного насоса (Емп).
Каждый структурный параметр представляется возможным состоянием - дефектом — в виде присоединения к собственным параметрам вершин d; (параметры множества D).
Граф-модель нормального функционирования масляной системы на основе содержательного описания, качественных взаимосвязей и аналитических зависимостей функциональных параметров представлена на рис. 2.34.
Исходная граф-модель содержит большое число вершин и ребер, что затрудняет ее использование при диагностировании. Размерность решаемой задачи уменьшим путем декомпозиции графа GMC на подграфы GMCb GMC2 и GMC3 (рис. 2.35, рис. 2.36 и рис. 2.37).
Расчет эксплуатационной экономичности тепловоза на заданном участке обслуживания
Величину єДі определяем из зависимостей sAt=f(P, R), приведенных в [71]. Определение эталонного коэффициента теплопередачи водомасляного теплообменника ВМТ базируется на уравнениях теплопередачи и теплового баланса (3.6) - (3.8) с использованием экспериментальных критериальных зависимостей для гладкотрубных теплообменников с поперечными сегментными или кольцевыми перегородками. В ВМТ значение термического сопротивления стенки мало по сравнению с сопротивлениями потоку тепла со стороны воды. С учетом этого выражение (3.15) запишется как
Расчет числа Прандтля Рг по воде и маслу осуществляем в соответствии с аналитическими зависимостями [70]. Скорости теплоносителей в теплообменнике: По полученным результатам - км и кмэ - даем оценку эффективности работы ВМТ. Результат определения эффективности работы ВМТ считаем положительным, если численные значения фактического и эталонного коэффициента теплопередачи, определенных по результатам испытаний, имеют расхожде 130 ние не более ± 15 % [77, 78]. Если значение км не укладывается в диапазон (1,15 - 0,85)кмэ, эффективность работы ВМТ признается неудовлетворительной.
Математическая модель оценки технического состояния охладителя наддувочного воздуха. В ОХНВ в качестве охлаждающих элементов используют круглые оребренные с наружной стороны трубки. Охлаждающая вода движется внутри трубок, совершая петлеобразное движение по пучкам трубок. Воздух омывает оребренную поверхность трубок и движется поперек них [75]. Расчетная схема охладителя представлена на рис. 3.5.
Методика теплового расчета ОХНВ в соответствии с выражениями (3.6) - (3.8) основывается на следующих расчетных соотношениях: пд ПдН — фактическая и номинальная частоты вращения дизеля; Ре Рен - фактическое и номинальное давление рабочего цикла дизеля. Тепловой поток, переданный от воздуха к охлаждающей воде, определяется по выражению (3.38):
Определение эталонного значения коэффициента теплопередачи охладителя наддувочного воздуха ОХНВ базируется на уравнениях теплопередачи и теплового баланса (3.6) — (3.8) с использованием экспериментальных критериальных зависимостей для гладкотрубных теплообменников с поперечными сегментными или кольцевыми перегородками.
В ОХНВ значение термического сопротивления стенки мало по сравнению с сопротивлениями потоку тепла со стороны воды. С учетом этого выражение (3.15) запишется как: По полученным результатам - квз и квзэ - даем оценку эффективности работы ОХНВ. Результат определения эффективности работы ОХНВ считаем положительным, если численные значения фактического и эталонного коэффициента теплопередачи, определенных по результатам испытаний, имеют расхождение не более ± 15 % [77, 78]. Если значение kD3 не укладывается в диапазон (1,15 - 0,85)квзэ, эффективность работы ОХНВ признается неудовлетворительной.
Математическая модель оценки технического состояния охлаждающих секций. Поверхность охлаждения водовоздушной секции составляют плоскоовальные трубки с пластинчатым оребрением со стороны, омываемой воздухом. Трубный пучок состоит из двух одинаковых колонок. Трубки расположены в шахматном порядке по потоку воздуха [75]. Расчетная схема представлена на рис. 3.6. 1) Основные расчетные соотношения горячего контура охлаждения На основании выражений (3.6) - (3.8) для охлаждающих секций (ОС) горячего контура можно записать:
Производительность водяного насоса Овг=Квпд,где Кв - коэффициент пропорциональности, определяется по характеристике насоса Скорость движения u„r = nrGBr 3600zrcoB 2 жидкости в трубках где пг- количество ходов воды в секциях; секции zr — количество охлаждающих секций в контуре; Шв - площадь живого сечения для прохода воды Qr=3600pBrG BzroBrcBrATBr, Qr = qrNe, где рвг - плотность воды,кг/м ; свг - удельная теплоемкость, кДж/(кг К); где qr — удельный теплоотвод 3 Удельный теплоотвод вводу в воду дизеля (определяется по паспортным данным) АТВТ - измеренное прираще- ние температуры воды в контуре 4 Температура воздуха на выходе из системы »-р/ гр Г где F — площадь поверхности теплообмена одной стандартной секции холодильника, м2 Если условие (3.56) не выполняется необходимо произвести корректировку весовой скорости воздуха ивз на величину Аивз и повторить расчет (начиная с пункта 4, табл. 3.3). Если условие (3.56) выполняется — расчет считается законченным.
За величину коэффициента теплопередачи секции холодильника горячего контура принимается значение, рассчитанное по выражению 14-го пункта табл. 3.3. По полученным результатам - кг и кп - даем оценку эффективности работы ОС горячего контура. Результат определения эффективности работы ОС горячего контура считаем положительным, если численные значения фактического и эталонного коэффициента теплопередачи, определенных по результатам испытаний, имеют расхождение не более ± 15 % [77, 78]. Если значение кг не укладывается в диапазон (1,15 - 0,85)kra, эффективность работы ОС горячего контура признается не удовлетворительной.
