Повышение эффективности диагностирования цилиндропоршневой группы автомобильных двигателей путем совершенствования методов и средств распознавания ее состояний

Основными задачами, возлагаемыми на автомобильный транспорт в процессах сельскохозяйственного производства являются: своевременная транспортировка убранного урожая к месту хранения во избежание его потерьнепрерывное обеспечение работающей в поле сельскохозяйственной техники топливо — смазочными материаламитранспортировка скоропортящихся продуктов животноводства к месту переработки в сжатые срокиобеспечение ремонтных служб запасными частями, расходными материалами и др. Успешное решение этих задач возможно при укомплектованности предприятий аграрно-промышленного комплекса Российской Федерации (АПК РФ) необходимым количеством автотехники и минимизации её простоев в процессах технического обслуживания и ремонта (ТО и Р). Нарушение любого из этих условий неизбежно приводит к потере прибыли и удорожанию сельскохозяйственной продукции [1].

Наибольшие простои автомобилей в эксплуатации вызваны восстановлением и поддержанием работоспособного состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС) [2], в которых одной из ресурсоопределяющих является цилин-дропоршневая группа деталей (ЦПГ), занимающая по доле межремонтных отказов в дизелях второе и в карбюраторных ДВС третье место [2−4].

Важнейшим направлением минимизации простоев в процессе ТО и Р является стратегия эксплуатации машин по состоянию, которая заключается в управлении ремонтно-обслуживающими воздействиями (РОВ) на основе результатов заявочного диагностирования [5] с определённой глубиной поиска дефектов (неисправностей).

Распространенные методы диагностирования ЦПГ носят преимущественно интегральный характер оценки технического состояния и не позволяют выявлять причину неисправности [4]. Влияние состояния других технических систем на значение их диагностических параметров (ДП) вызывает диагностические ошибки, в результате которых в капитальный ремонт попадают ДВС с недоиспользованным на 35.45% ресурсом [6].

Вместе с тем технологии диагностирования, обладающие глубиной поиска отказа до дефектной детали ЦПГ, требуют использования 3-х и большего числа ДП, причем обследование по всем параметрам является обязательным, что увеличивает их трудоёмкость (продолжительность реализации) и стоимость, хотя для восстановления ЦПГ при некоторых дефектных состояниях требуется её разборка. Очевидно, что в этом случае достоверная причина неисправности устанавливается при дефектации деталей, а использование трудоёмкой и дорогостоящей технологии диагностирования становится нецелесообразным.

Следовательно, в этих условиях актуальным является распознавание таких дефектных состояний ЦПГ, для восстановления которых можно использовать безразборные ремонтные технологии (БРТ) [7]. Эффективность этих технологий непрерывно растёт с развитием в РФ производства наноматериалов для их практического применения.

В этой связи взамен распространённого подхода «чем больше глубина диагностирования, тем лучше» в работе предложен другой принцип «глубина поиска должна быть рациональной, исходя из возможности проведения безразборных РОВ после получения результатов диагностирования». Этот принцип воплощается в следующее правило: при диагностировании глубина поиска должна ограничиваться уровнем распознавания двух групп состояний:

— первая — это группа состояний, перевод из которых в исправное состояние (ИС) возможен применением БРТ;

— вторая — группа состояний, перевод из которых в ИС возможен только проведением ремонтных воздействий, требующих разборки.

В настоящее время к системе эксплуатации машин по техническому состоянию перешли и в состоянии перейти высокорентабельные и рентабельные хозяйства АПК. Но около 60% сельских товаропроизводителей РФ находятся на низкорентабельном и убыточном уровнях развития. Данная группа хозяйств сложные виды РОВ ДВС проводит на малых сервисных предприятиях. Добиться снижения простоев техники в условиях ремонтных предприятий возможно при использовании эффективного предремонтного диагностирования, которое позволит рационально назначать и распределять РОВ по рабочим местам, что сократит продолжительность ремонта и приведёт к увеличению производственной программы без изменения количества рабочих мест и оборудования[8−10].

Поэтому настоящая работа, посвященная повышению эффективности диагностирования цилиндропоршневой группы ДВС автомобильного транспорта, весьма актуальна и своевременна.

Результаты работы акцентированы на универсальности их применения для заявочного и предремонтного диагностирования ДВС в составе машины и предремонтного диагностирования демонтированного ДВС, которые все чаще поставляются хозяйствами АПК на ремонтные предприятия в виду экономии средств на транспортные расходы, (в сравнении с транспортировкой автомобиля в сборе).

Цель работы. Снижение простоев автомобильного транспорта при проведении ремонтно-обслуживающих воздействий путем совершенствования методов и средств распознавания состояний цилиндропоршневой группы.

Объект исследований, Цилиндропоршневая группа деталей двигателей внутреннего сгорания автомобильной техники сельскохозяйственного назначения.

Методика исследований включает в себя анализ причин простоев автотранспортной техники в процессе технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) — теоретическое обоснование сокращения длительности простоев управлением ремонтно-обслуживающими воздействиями на основании результатов диагностированиястендовые исследования с целью проверки адекватности математической модели предложенного диагностического параметра ЦПГ ДВСэксплуатационные исследования по оценке информативности единичных диагностических параметров ЦПГ и их возможных комбинаций.

В ходе исследований были использованы современные технические средства диагностирования ЦПГ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• обоснован диагностический параметр, обладающий более высокой информативностью в сравнении с традиционно принятыми, и составлена математическая модель его изменения в зависимости от технического состояния ЦПГ ДВС;

• предложен принцип многоуровневой дихотомии при диагностировании технических систем;

• разработана методика определения доминирующей комбинации диагностических параметров для технических систем.

Практическая ценность:

• составлен алгоритм заявочного диагностирования ДВС автомобилей, эксплуатируемых по состоянию, применение которого позволит сократить время простоя при неисправностях ДВС автомобилей на 25,9%, получить годовой экономический эффект на ремонт одного двигателя в размере 22 858,94 руб.;

• разработан алгоритм предремонтного диагностирования ДВС автомобилей для малых предприятий технического сервиса, использование которого позволит снизить продолжительность ремонта ДВС на 10,2 — 37,6%, увеличить годовую производственную программу на 18,0%, получить годовой экономический эффект на один ремонтируемый двигатель в размере 4735,45 руб.

Реализация результатов исследований. Материалы диссертации могут быть использованы в хозяйствах АПК, автотранспортных предприятиях Министерства сельского хозяйства и других ведомств, эксплуатирующих парк автомобилей, а также на малых предприятиях технического сервиса.

Внедрение разработок;

• технология заявочного диагностирования ДВС автомобилей внедрена на ООО «Ягоднополянское» (с. Ягодная поляна Татищевского района Саратовской области);

• технология предремонтного диагностирования ДВС автомобилей внедрена на ООО «Сервисавторемонт» г. Саратова.

Основные положения, выносимые на защиту:

• математическая модель изменения количества выходящего из картера выключенного ДВС сжатого воздуха в зависимости от технического состояния ЦПГ;

• теоретическое обоснование многоуровневой дихотомии при выборе и использовании доминирующей комбинации диагностических параметров;

• результаты стендовых исследований, подтверждающих адекватность математической модели;

• доминирующая комбинация диагностических параметров, сформированная в результате эксплуатационных исследований и позволяющая распознавать две группы неисправных состояний с заданной достоверностью в рамках многоуровневой дихотомии.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены на XIX, XX, XXII и XXIII ежегодных межгосударственных постоянно действующих научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, 2006, 2007, 2009, 2010 гг.), научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» в 2008;2010 гг., Международной научно-практической конференции, посвященной столетию со дня рождения профессора Д.Г. Вади-васова (Саратов, 2009 г.), II Международной научно-производственной конференции «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса» (Пенза, 2009 г.), VI салоне изобретений, инноваций и инвестиций Саратовской области (Саратов, 2011 г.).

Публикации. Всего по результатам исследований опубликовано 14 работ общим объемом 4,82 печ. л., из которых 2,1печ. л., принадлежит автору. Две печатные работы в ведущих рецензируемых научных изданиях, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук. Получен патент РФ на полезную модель № 95 829 от 10.07.2010 г.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 178 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, содержит 55 рисунков, 32 таблицы и приложения. Список использованной литературы включает в себя 137 наименований, в том числе 2 — на иностранном языке.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Обоснован новый диагностический параметр — расход газа из картера выключенного ДВС при подаче сжатого воздуха в цилиндр с зафиксированным в верхней мертвой4 точке поршнем, с информативностью распознавания исправного состояния, достаточной для минимизации трудоемкости обследования.

ЦПГ Р (811С /?>6) > 0,9. Разработана математическая модель изменения обоснованного параметра в зависимости от износов деталей ЦПГ.

2. Разработана методика обоснования и использования доминирующей комбинации диагностических параметров, в рамках которой осуществляется обследование ЦПГ по принципу двухуровневой дихотомии: 1-й уровеньделение на исправное и неисправное состояния- 2-й уровень — деление неисправных состояний на требующие разборки и поддающиеся устранению с помощью безразборных ремонтных технологий. Д ля снижения числа ошибок при использовании комбинации доработан метод последовательного анализа, отличающийся от традиционного тем, что зона неопределенности решений делится на зоны ошибок 1 и 2-го рода.

3. Результаты стендовых испытаний подтвердили, что математическая модель предложенного параметра обладает достаточной степенью адекватности — расхождение опытных и расчетных значений Опиг не превышает 10%.

Итоги эксплуатационных исследований подтвердили эффективность разработанной методики выбора доминирующей комбинации диагностических параметров. Также была подтверждена высокая информативность предложенного параметра при определении дихотомии 1-го уровня: Р (8ИС / ?>)=0.968 > 0,9. В процессе эксплуатационных исследований выявлены его недостатки, заключающиеся в высокой трудоемкости диагностирования и невозможности учета утечек газа через неплотности кар-терного пространства. Разработано средство диагностирования, позволяющее исключить указанные недостатки путем использования вспомогательных диагностических признаков и более точного способа измерения расхода газов. Данное средство защищено патентом РФ. Для обеспечения дихотомии 2-го уровня определе на доминирующая комбинация обоснованного в настоящей работе диагностического параметра с эндоскопическим осмотром цилиндра: ^ /ЦЦ) =0,925>0.9, при.

4. Для выбранной комбинации диагностических параметров на основе принципа многоуровневой дихотомии разработаны технологии заявочного и предремонтного диагностирования, позволившие снизить простой двигателя автомобиля в среднем на 25,9%. Годовой экономический эффект на ремонт одного двигателя для хозяйства эксплуатирующего парк автомобилей составил 22 858,94 руб., для ремонтного предприятия — 4735,45 руб. (в ценах 2010 г.).