Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Динамика стенда для вибрационной диагностики поршневых колец

Диссертация: Динамика стенда для вибрационной диагностики поршневых колец
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Личный вклад автора заключается в разработке математической модели кольцаразработке расчетной схемы системы поршневое кольцоэлектромагнитный привод стенда для определения упругих свойств кольца с регулируемыми параметрами и система обработки информации и управления эталонным нагружением кольцаразработке математической модели САУ и конструкции стендапроведении численных и экспериментальных… Читать ещё >

Динамика стенда для вибрационной диагностики поршневых колец (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Методологические основы диагностики поршневых колец
    • 1. 2. Методика расчета параметров, определяющих свойства колец
    • 1. 3. Методика расчета формы поршневых колец в свободном состоянии
    • 1. 4. Методы диагностики поршневых колец
    • 1. 5. Классификация методов и средств диагностики
    • 1. 6. Конструкции приборов, применяемых для диагностики поршневых колец
    • 1. 7. Измерительная и анализирующая аппаратура
    • 1. 8. Методы диагностирования
    • 1. 9. Выводы по главе
  • ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
    • 2. 1. Определение собственных частот
    • 2. 2. Колебания в плоскости кольца
    • 2. 3. Колебания, перпендикулярные плоскости кольца
    • 2. 4. Колебания растяжения-сжатия
    • 2. 5. Крутильные колебания
    • 2. 6. Изгибные колебания
    • 2. 7. Математическое моделирование колебаний поршневых колец с дефектами
  • ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГО-ВЯЗКИХ СВОЙСТВ КОЛЬЦА
    • 3. 1. Стенд для определения параметров кольца методом изучения свободных упругих колебаний кольца
    • 3. 2. Стенд для определения упруго-вязких свойств кольца на основе измерения свободных затухающих колебаний эталонного груза, установленного на исследуемом кольце
    • 3. 3. Результаты исследования свободных колебаний поршневых колец
    • 3. 4. Методика определения упруго-вязких свойств кольца на основеизмерения свободных затухающих колебаний эталонного груза, установленного на исследуемом кольце
    • 3. 5. Результаты обработки экспериментальных данных
    • 3. 6. Выводы по главе
  • ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЬЦА МЕТОДОМ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ ЭТАЛОННОГО ГРУЗА НА КОЛЬЦЕ
    • 4. 1. Стенд для определения параметров кольца методом изучения вынужденных колебаний эталонного груза на кольце
    • 4. 2. Математическое моделирование вынужденных колебаний эталонного груза на кольце
    • 4. 3. Оценка качественных показателей САУ стенда
    • 4. 4. Исследование динамики стенда с электромагнитным приводом и системой управления
    • 4. 5. Подбор параметров регулятора
    • 4. 6. Определение упруго-вязких свойств поршневых колец методом вынужденных колебаний
    • 4. 7. Выводы по главе 4
  • ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  • СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
  • ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность работы. Поршневые кольца относятся к наиболее важным деталям двигателя внутреннего сгорания. От их состояния зависит динамика, расход масла и топлива, пусковые свойства, токсичность выхлопных газов и многие другие эксплуатационные показатели. Поршневые кольца в двигателе обеспечивают сведение к минимуму проникновения газов из цилиндра в картер и обратно, способствуют отводу теплоты от нагретого горячими газами поршня в более холодную стенку цилиндра, которая охлаждается жидкостью или потоком воздуха. Плохая теплопередача ведет к перегреву поршня, задирам, прогарам и заклиниванию его в цилиндре. Важнейшими характеристиками колец является упругость, которая характеризуется силой, необходимой для сжатия замка. Чем она больше, тем лучше уплотняющие свойства кольца и его приспособляемость и приработка. В тоже время диссипативные свойства, также существенно влияющие на характер поведения кольца, изучены недостаточно. Для решения этой задачи нужно разработать оборудование, позволяющее определять упруго — вязкие свойства колец в динамических режимах нагружения. Поиск оптимальных параметров упруго-вязких свойств кольца и создание системы вибрационной диагностики упруго-вязких свойств поршневых колец является актуальной научно-технической задачей.

Объектом исследования данной работы является электромагнитный стенд для определения упруго-вязких свойств поршневых колец методом свободных и вынужденных колебаний.

Цель работы: разработка оборудования и методики для вибродиагностики скрытых дефектов поршневых колец.

Для достижения поставленной цели в настоящей работе решаются следующие задачи:

1. Разработка математической модели колебаний эталонного груза на кольце с учетом дефектов типа поперечная и продольная трещины.

2. Разработка математической модели электромагнитного стенда с регулируемыми параметрами и системой обработки информации и управления эталонным нагружением кольца.

3. Разработка методики определения дефектов кольца методом свободных и вынужденных колебаний в поперечной плоскости эталонного груза.

4. Численное исследование движения эталонного груза и разработка методики обработки динамических сигналов электромагнитного стенда.

5. Расчет параметров стенда для вибродиагностики дефектов кольца в осевом направлении и разработка рекомендаций по внедрению устройств автоматической вибродиагностики на промышленном предприятии.

6. Разработка экспериментальной установки и проведение исследований по диагностике в динамических режимах дефектов кольца в осевом направлении методом присоединенной массы.

Методы исследования. При выполнении работы использованы теоретические и экспериментальные методы теории колебаний, реологии, теории автоматического управления, теории электропривода, теории планирования эксперимента, теории обработки сигналов.

Достоверность научных положений и результатов. Основные научные результаты диссертации получены на основе фундаментальных положений и методов теоретической механики, теории колебаний, динамики машин, экспериментальных методов исследования. Теоретические результаты подтверждены результатами экспериментальных исследований.

Научная новизна:

— разработана математическая модель движения эталонного груза на кольце с дефектами типа продольная и поперечная трещины;

— разработана математическая модель электромагнитного стенда с регулируемыми параметрами для определения скрытых дефектов кольца;

— предложена методика обработки динамических сигналов, получаемых при колебаниях эталонного груза на кольце, позволяющая выявлять скрытые дефекты;

— создана методика расчета параметров электромагнитного стенда, обеспечивающих с высокой точностью заданное движение эталонного груза.

Практическая ценность. Практическая ценность данной работы состоит в том, что в результате исследований предложена новая конструкция устройства для проведения экспериментов по определению в динамических режимах упруго-вязких свойств кольца в осевом и радиальном направлении методом присоединенной массы и упругих колебаний кольца, закрепленного в эталонном зажимеразработана методика проектирования системы вибродиагностики упруго-вязких свойств кольца в осевом и радиальном направлении и разработаны рекомендации по внедрению устройств автоматической вибродиагностики на промышленном предприятии.

Результаты работы использованы при выполнении гранта РФФИ № 05−08−33 382 «Изучение закономерностей движения вибрационных мобильных роботов в различных средах» (2005;2006 гг.), в учебном процессе кафедры технологии и ремонта машин Курской государственной сельскохозяйственной академии.

Личный вклад автора заключается в разработке математической модели кольцаразработке расчетной схемы системы поршневое кольцоэлектромагнитный привод стенда для определения упругих свойств кольца с регулируемыми параметрами и система обработки информации и управления эталонным нагружением кольцаразработке математической модели САУ и конструкции стендапроведении численных и экспериментальных исследований динамических характеристик эталонного груза для различных типов нагруженияразработке экспериментальной установкисоздании методики проектирования системы вибродиагностики дефектов кольца и разработке рекомендаций по внедрению устройств автоматической вибродиагностики на промышленном предприятии.

Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались на Международных научно-технических конференциях:

Вибрационные машины и технологии" (г. Курск-2003, 2005 г.г.), 9-я Международная научно-практическая конференция-выставка «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки» (С.-Петербург, 2007), на городском семинаре по теоретической механике (г. Курск, 2006, 2007 г.г.), а также на научно-техническом семинаре проблемной научно-технической исследовательской лаборатории «Моделирование гидросистем» при кафедре «Динамика и прочность машин» ОрелГТУ (2007 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, включая 9 статей, из них в изданиях, рекомендованных ВАК — 1, 1 патент на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 88 наименований и приложения. Текст диссертации изложен на 158 страницах текста, содержит 156 рисунков.

4.7. Выводы по главе 4.

1 .Разработан и изготовлен лабораторный стенд для изучения вынужденных колебаний поршневых колец.

2.Разработана система автоматического управления электромагнитным приводом вибростенда замкнутого типа, обеспечивающая высокоточное воспроизведение вибрационного воздействия на кольцо. Определены параметры регулятора, обеспечивающие закон движения эталонного груза по гармоническому закону с коэффициентом высокочастотных составляющих не более 5%.

3. Проведены исследования колебаний эталонного груза на кольцах с различными дефектами. Установлено, что дефект типа поперечная микротрещина приводящий к появлению нелинейности упругих свойств кольца приводит к появлению в спектре высокочастотных гармоник, а фазовый портрет изменяется по форме, приобретая каплевидную форму.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации решена научно — техническая задача, направленная на создание системы автоматической вибродиагностики упруго-вязких свойств поршневых колец, обеспечивающей измерение свойств кольца различных динамических режимах, что позволило получить следующие научные выводы и практические результаты.

1. На основе комплексного подхода к сложной мехатронной системе, в которую входят поршневое кольцо, электромагнитный привод стенда для определения упругих свойств кольца с регулируемыми параметрами и система обработки информации и управления эталонным нагружением кольца разработаны теория и методы математического моделирования и синтеза оборудования, обеспечивающего вибродиагностики упруго-вязких свойств поршневых колец.

2. Разработана математическая модель кольца, описывающая дефекты кольца в виде продольной и поперечной микротрещины, а также комбинированный дефект.

3. Разработана математической модели системы поршневое кольцо, электромагнитный привод стенда для определения упругих свойств кольца с регулируемыми параметрами и система обработки информации и управления эталонным нагружением кольца;

4. Разработана методика определения упруго-вязких свойств кольца методом свободных и вынужденных колебаний эталонного груза установленного на кольце;

5.Разработана методика определения упруго-вязких свойств кольца методом свободных и вынужденных упругих колебаний кольца, закрепленного в эталонном зажиме;

6. численное исследование динамических характеристик системы поршневое кольцо — электромагнитный привод стенда для определения упругих свойств кольца с регулируемыми параметрами и система обработки информации и управления эталонным нагружением кольца для различных типов регулятора;

7. Разработана экспериментальная установка и проведены экспериментальные исследования статических и динамических режимов упруго-вязких свойств кольца в осевом и радиальном направлении методом присоединенной массы и упругих колебаний кольца, закрепленного в эталонном зажиме;

8. Разработана методика проектирования системы вибродиагностики упруго-вязких свойств кольца в осевом и радиальном направлении и разработаны рекомендации по внедрению устройств автоматической вибродиагностики на промышленном предприятии.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В. Ю., Способ диагностики состояния посадочных натягов бандажных колец на бочку ротора электрической машины, описание изобретения к патенту РФ, 2006.12.10 RU 2 289 185 А
  2. И.В., Тимофеев П. Г. Колебания упругих систем в авиационных конструкциях и их демпфирование. Изд-во Машиностроение. 1965. М.-526с.
  3. ., Фрадков А. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB. СПб.: Наука, 1999.
  4. ., Фрадков А. Элементы математического моделирования в программных средах MATLAB 5 и Scilab. Наука. 2001.
  5. И., Самоучитель MatLab 5.3/б.х. БХВ-Петербург. 2002.
  6. В.И. Теория планирования эксперимента: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1983. — 243 с.
  7. Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. -М.: Высшая школа, 1968.- 512 с.
  8. В.А., Попов Е. П. Теория систем автоматического управления .М.Изд-во Профессия, 2003.-747с.
  9. А.П. Надежность функционирования механизмов. Проблемы машиностроения и надежность машин, 2004.№ 3 с26−31.
  10. В.Л. Прикладная теория механических колебаний М.: Высшая школа, 1972. — 415 с.
  11. И.И. Вибрационная механика. -М.: Физматлит., 1994.- 400 с.
  12. А.А., способ автоматического контроля поверхностных дефектов и устройство для его осуществления, описание изобретения к патенту РФ, 1995.10.27 RU 1 715 047 А
  13. Васильев В. М, Устройство для магнитошумовой структуроскопии, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР, 1980.04.30, SU 731 368 А
  14. В.М., Способ магнитошумовой структуроскопии, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР, 1976.10.25, SU 532 803 А
  15. В.М., Устройство для магнитношумового контроля ферромагнитных материалов, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР, 1979.06.15, SU 667 920 А
  16. А. В., Нанонасосная система, описание изобретения к патенту РФ, 2006.12.27, RU 2 005 119 335 А
  17. Е., Корчанов В., Коровкин М., Погожев С. Компьютерное моделирование систем управления движением морских подвижных объектов. НИИ Химии СПбГУ. 2002.
  18. Вибрации в технике. Т.2. Колебания нелинейных механических систем: Справочник. М. Машиностроение, 1979.-351 с.
  19. Вибрации в технике. Т.4. Вибрационные процессы и машины: Справочник/Под ред. Э. Э. Лавендела, — М.'Машиностроение, 1981, — 509 с.
  20. Герман-Галкин С. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. Корона принт. 2001.
  21. Герман-Галкин С. Линейные электрические цепи: Лабораторные работы. Корона принт. 2002.
  22. .Я. Теория поршневого кольца. М.: Машиностроение, 1979, с. 237.
  23. Гультяев A. MATLAB 5.2. Имитационное моделирование в среде Windows. Корона принт. 1999.
  24. А. Визуальное моделирование в среде Matlab: Учебный курс. Питер. 2000.
  25. А. Компьютерный практикум по курсу «Теория управления». Simulink-моделирование в среде Matlab. МГУИЭ. 2002.
  26. Ю. С., устройство для определения радиального давления поршневых колец, описание изобретения к патенту РФ, 1997.07.27, RU 2 085 878 А
  27. Ю.С., устройство для определения радиального давления поршневых колец, описание изобретения к патенту РФ, 1995.11.20, RU 94 009 918 А
  28. Н., Лион Ф., Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы планирования эксперимента. М.: Мир, 1981. -520с.
  29. В.В., Устройство для определения консистенции пульпы, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР, 1958.01.01, SU 115 929 А
  30. Р., Бишоп Р. Современные системы управления: Перевод с английского. Лаборатория базовых знаний. 2002.
  31. В.А., Нахапетян Е. Г. Международное сотрудничество в области диагностики, прогнозирования и поддержания надежности машин. Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004.№ 6 c. l 11−114.
  32. В., Абраменкова И., Круглов В. MATLAB с пакетами расширений. Нолидж. 2001.
  33. В., Абраменкова И. MATLAB. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник. Питер. 2002.
  34. Дьяконов В., MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5. Основы применения. Полное руководство пользователя. Солон-Пресс. 2002.
  35. В., Компьютерная математика. Теория и практика. Нолидж. 2000.
  36. Дж., Харман Т. Simulink 4. Секреты мастерства. Бином. Лаборатория базовых знаний. 2003.
  37. B.C. Механические испытания и свойства металлов. М: Металлургия, 1974. 303 с.
  38. Г. А., Хохлов А. В. Новый метод расчета формы поршневого кольца. Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. № 6. с 95−98.
  39. .А., Ильинский Н. Ф., Копылов И. П. Планирование эксперимента в электромеханике. М.: Энергия, 1971. — 185 с.
  40. В. М., способ исследования влияния процесса обработки на износостойкость поршневых колец, поршней, пальцев шатунов две или компрессоров, описание изобретения к патенту РФ, 2002.10.10, RU 2 000 125 324 А
  41. Ю.Б., Тихонов А. И. Методы планирования эксперимента в электромеханике: Метод, указания к выполнению лаб. работ / Иванов, гос. энергетический ун-т. Иваново, 2001. — 28 с.
  42. В.В. и др., Способ магнитошумовой структуроскопии, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР, 1983.01.23, SU 991 280 А
  43. Книги серии «Пакеты прикладных программ» (под общей редакцией В.Г.Потемкина)
  44. В., Королев, С. Matlab как система программирования научно-технических расчетов. Мир. 2002.
  45. И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учебник для вузов. М.: Высш. шк., 1994. — 318 с.
  46. Г. И., Филаретов Г. Ф. Планирование эксперимента. Мн.: Изд-во БГУ, 1982.-302 с.
  47. Лазарев Ю. Matlab 5.x. BHV-Киев. 2000.
  48. А. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. БХВ-Петербург. 2003.
  49. М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. -М.: Энергия, 1974. -392 с.
  50. Е.Г. Инженерные расчеты в MathCad. Учебный курс. С-Пб:Питер, 2003. 448с.
  51. Н., А.Иванов. Matlab 5.x. Вычисления, визуализация, программирование. Кудиц-образ. 2000.
  52. Н., Иванов A. Matlab 5.x. Пособие по программированию в системе MATLAB. МГУ. 2000.
  53. Н. Введение в MATLAB 6. Кудиц-образ. 2002.
  54. В., Потемкин В. Control System Toolbox. Matlab 5 для студентов. Диалог-МИФИ. 2000.
  55. Д. Функциональное диагностирование динамических систем. МГУ. 1998.
  56. В.П., Пикман А. Р., Авербух В. А. Производство поршневых колец двигателя внутреннего сгорания, М.: Машиностроение, 1980.- 199 с.
  57. Р.С., Способ изготовления хромированных поршневых колец, описание изобретения к патенту РФ, 2002.05.10, RU 2 182 064 А
  58. ., Щербаков П. Робастная устойчивость и управление. Наука. 2002.
  59. А.В., Способ магнитошумовой структуроскопии и устройство для его осуществления, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР, 1981.09.30, SU 868 548 А
  60. А.В., Устройство для контроля ферромагнитных изделий, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР, 1985.09.07, SU 1 177 738 А
  61. А.В., Устройство для магнитошумовой структуроскопии, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР, 1982.11.23, SU 976 409 А1
  62. А.В., Устройство для неразрушающего контроля ферромагнитных изделий, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР, 1986.06.30, SU 1 241 122 А
  63. С., Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MATLAB. Горячая Линия Телеком. 2003.
  64. Потемкин В., MATLAB 6: Среда проектирования инженерных приложений. Диалог-МИФИ, 2003.
  65. В., Введение в MATLAB, Диалог-МИФИ. 2000.
  66. В., Вычисления в среде MATLAB, Диалог-МИФИ. 2004.
  67. В., Система MATLAB. Справочное пособие. Диалог-МИФИ, 1997.
  68. В., Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x (в 2-х томах). Диалог-МИФИ. 1999.
  69. П., Сафонов В., Обработка сигналов и изображений, Matlab 5.x. Диалог-МИФИ. 2000.
  70. , М., Введение в математическое моделирование, Солон-Р, 2002.
  71. А., Цифровая обработка сигналов, Питер, 2002.
  72. Ю.С. Композиционное планирование регрессионного эксперимента. М.: Знание, 1983. — 52 с.
  73. Н., Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB. Кемеровский госуниверситет, Кемерово. 2003.
  74. И.М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями.- М.:Наука, 1981.-110 с.
  75. С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. Изд-во Машиностроение. М. 1985.-472с.
  76. Г. П. Перспективные технологии XXI века. Проблемы машиностроения и надежности машин 2004. № 6. с 115−116.
  77. В.А. Оптимальные процессы колебаний механических систем.- JL: Машиностроение, 1976.- 248 с. Фиакко А., Мак-Кормик Т. Нелинейное программирование. Методы последовательной безусловной минимизации.- М.:Мир, 1972.-240 с.
  78. К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиноведения.- М.: Машиностроение, 1984.- 223 с.
  79. Ю.П., способ обработки бочкообразного профиля поршневых колец, описание изобретения к патенту РФ, 1999.08.20, RU 2 134 630 А
  80. А. В., Симдянкин А. А., Никитин Д. А., Данилов Ю. С., Устройство для определения радиального давления поршневых колец, описание к авторскому свидетельству СССР N 1 578 527, G 01 L 1/24, 1990
  81. И., Крыкин М. MatlabSimulink. Лаборатория экономиста. Анкил. 2001.
  82. И., Лабораторные работы на персональном компьютере. Учебное пособие для студентов экономических специальностей. Экзамен. 2002.
  83. М.И., способ изготовления поршневых колец из листовой стальной полосы, описание изобретения к патенту РФ, 2005.07.10, RU 2 255 850 А
  84. В. Д. Планы эксперимента высоких порядков для идентификации объектов: Учеб. пособие. М.: Изд-во МИФИ, 1987. — 64 с.
  85. Чен К., Джиблин П., Ирвинг A. MATLAB в математических исследованиях. Мир. 2001.
  86. Л.В., способ комплексной диагностики подшипников качения и устройство для его осуществления, описание изобретения к патенту РФ, 2005.10.20, RU 2 004 108 229 А
  87. Черных И., Simulink: среда создания инженерных приложений. Диалог-МИФИ. 2003.
  88. С.Ф., Гапонов Ю. А., Маслова О. Г. Анализ периодических процессов движения вибромашин с электромагнитным приводом // Известия вузов. Машиностроение. 1991. -№ 4−6. -С. 42−46.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!