close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000101630

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ИЛЬИН МИХАИЛ А Л Е К С Е Е В И Ч
f
ДИАГНОСТИКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ М У Ф Т Ы О П Е Р Е Ж Е Н И Я
ВПРЫСКА ТОПЛИВА П У Т Е М СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ЧАСТОТ
УГЛА РАЗВОРОТА П О Л У М У Ф Т
Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического
обслуживания в сельском хозяйстве
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург - Пушкин
2005 г.
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аг­
рарный универси гет»
Научный руководитель:
доктор технических наук,
профессор Тишкин Леонид Владимирович
Официальные оппоненты:
доктор телнических иаук,
профессор
Аллилуев Валерий Александрович
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник
Каледин Геннадий Владимирович
Ведущая организация:
ОАО
ЦНИТЛ
«Центральный
научно-
исследовательский и конструкторский институт
топливной аппаратуры автотракторных и ста­
ционарных двигателей»
Защита диссергации состоится 13 декабря 2005 г. в 13.30 на заседании диссер­
тационного совета Д 220.060.06 при Санкт-Петербургском государственном аграрном
университете по адресу: 196601, i. Санкт-Петербург - Пушкин, Академический
пр., 23, СПбГАУ, ауд. 2.719.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Санкт- Пегербургский государственный аграрный университет».
Автореферат разослан «/t^» ноября 2005 года
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук, профессор
(.УС^'^'"'^''-^^
~)
Сковородни В Я
^
d-VlJl
m^yfs
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы;
Топливная аппаратура - неотъемлемая часть дизельного двигателя.
Ежедневно до 15% дизельного парка страны простаивает по причине неис­
правностей топливной аппаратуры. Поэтому большое значение имеют ме­
тоды и средства ее диагностики.
Большое значение для работы дизельного двигателя имеет угол опе­
режения начала подачи топлива. Для обеспечения максимальной эффек­
тивности процесса сгорания топлива в цилиндрах двигателя он должен
принимать оптимальное значение. Устройство, отвечающее за корректи­
ровку угла - автоматическая муфта опережения впрыска топлива
(АМОВТ). Ее диагностика проводится по субъективным представлениям шумит или не шумит, а при измерении угла снимается от двух до четырех
его средних значений на соответствующих частотах вращения. По этим
данным строят выводы о работоспособности муфты. В тоже время увели­
чение угла на 5 - 6 градусов поворота коленчатого вала двигателя приво­
дит к увеличению показателя жесткости работы двигателя в 2-3 раза, а из­
нос ЦПГ возрастает в 1,5-2 раза.
Каждая разборка сокращает срок службы муфты. Поэтому количест­
во разборок ограничено, и должно быть сведено к минимуму. Для разбор­
ки муфты, ее необходимо снять с ТНВД, который в свою очередь должен
быть снят со стенда после диагностики. Следовательно, в случае непра­
вильной регулировки на основе данньгх диагностики и измерений, требу­
ются дополнительные затраты времени на снятие и установку как муфты,
так и ТНВД. В связи с чем возникает необходимость постановки точного
диагноза. При диагностике необходимо различать состояния муфты, когда
достаточно проведения регулировки и размеры деталей находятся в норма­
тивных пределах, когда достаточно регулировки, но износ деталей подо­
шел к границе допуска, когда регулировкой не обойтись, и необходим ре­
монт или замена муфты.
Поэтому разработка способов диагностики, базирующихся на ком­
пьютерных технологиях и позволяющих оценить состояние деталей
АМОВТ без разборки на стадии диагностики, является актуальной задачей.
Цель исследования: Разработать средства диагностики техническо­
го состояния АМОВТ. Разработать методику оценки технического состоя­
ния АМОВТ.
Задачи:
- определить факторы, оказывающие наибольшее влияние на работу
муфты;
- разработать теоретическую модель работы муфты с изношенными
деталями;
- выбрать диагностические параметры, оценивающие состояние
АМОВТ;
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ 1
БИБЛИОТЕКА
I
- разработать измерительную систему, позволяющую измерять угол
взаимного разворота полумуфт и частоту вращения вала за каждый оборот,
на базе микропроцессорной системы;
- разработать методику обработки данных амплитуд колебаний угла
разворота полумуфт;
- исследовать зависимость предварительного сжатия пружин от ди­
агностических параметров;
- исследовать зависимость зазора в сопряжении палец ведомой по­
лумуфты - груз от диагностических параметров.
Объект исследования: Объектом исследования выбрана АМОВТ
двигателя ЯМЗ-238.
Предмет исследования: Зависимость диагностическргх параметров
от технического состояния АМОВТ.
Научная новизна: Разработана методика диагностирования
АМОВТ с использованием средств на базе микропроцессорной системы.
Определена зависимость предварительного сжатия пружин от частоты
вращения, соответствующей началу разворота полумуфт. Определена за­
висимость величины зазора в сопряжение палец ведомой полумуфты груз от площади спектра мощности, позволяющая оценить состояние дета­
лей АМОВТ.
Практическая значимость: Разработана методика диагностирова­
ния технического состояния АМОВТ позволяющая выполнить диагности­
ку АМОВТ, оценить состояние деталей. Этот способ используется для ди­
агностики АМОВТ на кафедре «Надежность и технический сервис машин»
в учебной лаборатории.
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы
докладывались и обсуждались: на Всероссийской научно-практической
конференции молодых ученых Северо-Западного Федерального округа
(Санкт-Петербург-Пушкин, СПбГАУ 18-21 ноября 2003 г.), на Научных
конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов
СПбГАУ в 2002 - 2005 гг.
Публикации: Материалы, отражающие основное содержание дис­
сертационной работы, опубликованы в 4 печатных работах.
Объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, 4
глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 136
страниц машинописного текста, 13 таблиц, 51 рисунок и 3 приложения.
Список использованной литературы включает 121 наименование отечест­
венных и зарубежных авторов.
Рабочая гипотеза: Кинематическая схема АМОВТ представляет со­
бой четырехзвенный шарнирный механизм. Работа муфты основана на ба­
лансе моментов от центробежной силы грузов с одной стороны, силы сжа­
тия пружин и передаваемого крутящего момента от двигателя с другой
стороны.
Центробежная сила грузов зависит от частоты вращения и величины
текущего значения угла. Передаваемый крутящий момент от двигателя за-
висит от величины подачи топлива. Сила сжатия пружин зависит от пред­
варительного сжатия и сжатия от изменения угла разворота полумуфт. Ес­
ли центробежная сила превосходит остальные, то грузы муфты начинают
расходиться и изменять угол опережения подачи топлива. Совместно с из­
менением угла увеличивается сила от сжатия пружин и в некоторый мо­
мент устанавливается баланс.
В начальный момент работы, центробежная сила мала и грузы при­
жаты к втулке ведущей полумуфты силами от сжатия пружины и крутяще­
го момента. При достижении определенной частоты вращения центробеж­
ная сила преодолевает противодействующие ей силы и начинает изменять
угол опережения. Чем больше сжатие пружин муфты, тем позже начнется
изменение угла. Следовательно, в качестве диагностического параметра,
определяющего предварительное сжатие пружин, предлагается использо­
вать значение частоты вращения, при которой начинает изменяться угол
разворота полумуфт.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе дан анализ методов и средств диагностики топливной
аппаратуры по определению угла впрыска, проведен анализ повреждений
и износов деталей АМОВТ. Изучены конструктивно-технологические по­
казатели сопряжений и деталей АМОВТ.
На основе анализа методов и средств диагностики ТА по определе­
нию угла впрыска установлено, что для диагностики АМОВТ подходит уз­
кий спектр устройств. Это связано с тем, что при использовании методов,
основанных на изменение момента импульса о г давления в трубопроводе
высокого давления с помощью датчиков вибрации и давления, происходит
диагностика не только муфты, но и всей размерной цепи, которая влияет
на момент подачи топлива. Размерная цепь состоит из: АМОВТ, подшип­
ника кулачкового вала, посадочного места под подшипник, кулачка вала,
толкателя, оси толкателя, регулировочного винта, плунжерной пары, на­
гнетательного клапана, трубопровода высокого давления, корпуса форсун­
ки, распылителя. Для диагностики муфты возможно использование этих
методов, при этом требуется учет и контроль всех элементов, входящих в
размерную цепь.
Наиболее удачным решением является метод, изложенный в ТУ и
базирующийся на использовании стрелки и кольца. К недостаткам этого
метода и
устройства можно отнести низкую точность измерения
±0,5 градуса, невозможность получить данные об амплитуде угла разворо­
та полумуфт и ее колебаниях, отсчет показаний необходимо производить с
помощью стробоскопа. Поэтому была поставлена задача, определить ха­
рактеристики устройства и разработать его, исходя из требований, что
точность измерения угла должна быть не менее 0,1 градуса, информация
должна поступать, накапливаться и обрабатываться с помощью микропро­
цессорной системы.
На основе анализа конструктивно-технологических показателей со­
пряжений определено, что детали муфты имеют достаточно высокую из­
носостойкость. Элементом, подверженному наибольшему износу, является
проставка. Ее износ влияет на изменение предварительного сжатия пру­
жин. На основе микрометража деталей сделано наблюдение, что если из­
нос сопряжения палец ведомой полумуфты - груз выше допустимого, то и
износ сопряжения палец ведущей полумуфты - груз будет выше допусти­
мого. Согласно микрометражу величина износа пальцев ведомой и веду­
щей полумуфт одинакова. Материал и обработка поверхностей обоих со­
пряжений также одинакова, а передаваемые усилия и характер работы
идентичен. Согласно этому наблюдению при постановке эксперимента в
качестве одного из факторов, оказывающих влияние на работу муфты,
можно использовать варьирование величины зазора сопряжения палец ве­
домой полумуфты - груз.
Во второй главе разработаны общие методики исследования АМОВТ.
Методика проведения диагностики АМОВТ с использованием штатного
метода. Наиболее существенным отличием предложенного метода диагно­
стики является увеличение объема получаемых данных, путем увеличения
количества контролируемых точек с трех до десяти. Это необходимо для
предварительного определения частоты вращения начала разворота полу­
муфт, так как по гипотезе она должна зависеть от предварительного сжа­
тия пружин.
Методика проведения микрометража деталей необходима для опреде­
ления размеров деталей муфт бывших в эксплуатации, и выявления диапа­
зонов изменения зазоров в сопряжениях АМОВТ. Важным моментом про­
ведения микрометража является правильная маркировка деталей. Это не­
обходимо для обеспечения при сборке зазоров, определенных при микро­
метраже, что достигается путем установки предварительно маркированных
деталей на «свои» места.
Методика измерения жесткости пружин базируется на использовании
приспособления МИП-100-2. Методика разработана таким образом, чтобы
определять не только жесткость во всем диапазоне сжатия, но и первона­
чальную длину пружин, которая необходима для установки их предвари­
тельного сжатия при сборке.
Обработка данных проводилась с использованием методик в прило­
жениях MicrosoftExel, Statistica 6.0, MatLab 6.5.
В третьей главе разработана математическая модель работы АМОВТ
с изношенными деталями. Для чего определены: математическая зависи­
мость для учета крутящего момента, жесткость пружин бывших в эксплуа­
тации, диапазоны изменения размеров звеньев из-за износов, наблюдаемых
в эксплуатации.
Кинематическая схема муфты представляет собой четырехзвенргый
шарнирный механизм, изображенный на рисунке 1.
Принцип работы модели базируется на балансе моментов, возникаю­
щих от сил, приложенных к грузам муфты. Если достигается баланс мо­
ментов, то грузы муфты находятся в покое и угол разворота полумуфт пе­
рестает изменяться. Сила, стремящаяся увеличить угол опережения - цен­
тробежная сила грузов. Е й противодействуют силы сжатия пружин и кру­
тящего момента.
Рисунок 1 - Кинематическая схема муфты, места приложения и направ­
ления сил
В моменте от сил сжатия пружин (формула 1), учитываются измене­
ния размеров звеньев муфты, угла разворота полумуфт, предварительного
сжатия пружин и их жесткости.
Л/,р^ = (OOj -ОО^ ■ cos(a)) 0 ( 2 + ^(ООз -OO^cosia^))^ +{OO^s\n{a^)f
-
- ^(ОО^ - ОО^ cos(a)f + (ОО2 • sm(,a)f \
(1)
В моменте от передаваемого усилия (формула 2) от двигателя у ч и ­
тываются изменения размеров звеньев муфты, угла разворота полумуфт,
давления впрыска топлива, величины цикловой подачи топлива.
9550 11 10'
Л/,.
00^
Р
У i
2-00.
OOj -ОО2 cos(a)
•sin(a)
■sjiOOj - 00^ ■ cos(a))^ + (OO2 ■ sin(or))
(2)
В моменте от центробежной силы грузов (формула 3) учитываются
изменения размеров звеньев муфты, угла разворота полумуфт, массы гру­
зов.
м,
Ы] "="• ('
ОО^ cos(a + a^) +
i-V^^
0 0 | + (ОО^ cos(a + a J ) M
-^OOl - (ОО^ cos(a + а, )f
В формулах 1-3:
OOj,
ОО2, OjO^-^ размеры звеньев муфты, мм;
с - жесткость пружин, Н/мм;
О)
z - предварительное сжатие пружин, мм;
рад;
ОС-угол между центрами пальцев ведомой и ведущей полумуфт,
«rj- начальное значение угла между центрами пальцев ведомой и ве­
дущей полумуфт, рад;
^6- угол между пальцем ведущей полу муфты и центром тяжести гру­
за при упоре грузов во втулку муфты, рад;
Р - давление впрыска топлива, МПа;
V - цикловая подача топлива, мм^/цикл;
i - число секций ТНВД;
m - масса грузов, кг;
п - частота вращения вала ТНВД, мин"1;
Наибольшему изменению в эксплуатации подвержено звено Ог^з •
Его изменение достигает 0,76 мм. Данные изменения размеров получены
путем проведения микрометража деталей муфт, новых и бывших в экс­
плуатации. Изменение размеров других звеньев в эксплуатации не превы­
шает 0,3 мм.
Согласно модели работы муфты существует зависимость между пред­
варительным сжатием пружин и частотой вращения начала разворота по­
лумуфт. При этом параметром, оценивающим предварительное сжатие
пружин, является частота вращения начала разворота полумуфт.
Параметрами, характеризующими техническое состояние АМОВТ,
являются: угол опережения подачи топлива, который определяется с по­
мощью контрольной отметки на корпусе муфты и отметки начала впрыска
топлива. Этот параметр не применим к диагностике муфты опережения,
так как он характеризует работу всей топливной системы, а не отдельно
муфты. На него оказывают влияние износы: деталей муфты, подшипника
кулачкового вала, посадочного места под подшипник, кулачка вала, толка­
теля, оси толкателя, регулировочного винта, плунжерной пары, нагнета­
тельного клапана, корпуса форсунки, распылителя; а также длина трубо­
провода высокого давления. Шумность работы характеризует стабиль­
ность угла разворота пол^'муфт, износы сопряжений муфты, нарушение ре­
гулировок. По ТУ при появлении шума в виде стуков необходимо увели­
чить предварительное сжатие пружин. Его использование затруднено
сложностью нормирования, так как он определяется на слух. Угол взаим­
ного разворота полумуфт, определяемый с помощью измерения углового
расстояния между контрольными точками на ведущей и ведомой полу­
муфтах, позволяет проводить относительные измерения угла от нулевого
положения, которое устанавливается на пусковой частоте вращения вала.
Амплитуда колебаний угла разворота полумуфт - характеризует стабиль­
ность угла. Ее можно измерить. Подходит для диагностики муфты, так как
оценивает ее работу, а не всей размерной цепи.
На основе анализа средств диагностики, износов и повреждений де­
талей муфты, модели ее работы определено:
- угол опережения подачи топлива не может служить параметром
для диагностики муфты потому, что учитывает износы деталей не только
муфты, но и ТНВД;
- амплитуда колебаний угла разворота полумуфт на фиксированных
частотах вращения и частота вращения, соответствующая началу разворо­
та полумуфт, являются необходимыми диагностическими параметрами
муфты.
Согласно модели работы муфты угол начинает изменяться в момент
нарушения баланса моментов между центробежной силой грузов, крутя­
щим моментом и силой сжатия пружин. При изменении предварительного
сжатия пружин момент начала разворота полумуфт изменяется. При
уменьшении предварительного сжатия он становится более ранним. Так
при сжатии О мм угол разворота полумуфт начинает изменяться при часто­
те вращения порядка 300 мин"1, при сжатии 0,5 мм - 350 мин"1, 1,0 мм 400 мин"', 1,5 мм —480 мин"', 2,0 мм - 550 мин"'.
Вывод: В качестве диагностических параметров предлагается ис­
пользовать амплитуду колебаний угла разворота полумуфт и частоту вра­
щения, соответствуюшую началу разворота полумуфт.
Определены характеристики оборудования, необходимого для диаг­
ностики муфты. Устройство должно различать временной интервал вели­
чиной 0,00001 с или более короткий, измерять частоту вращения с ошиб­
кой не более ±1 мин"'. Пересчет угла на время связан с тем, что устройст­
во должно определять время между отметками, а ошибка при определении
угла разворота полумуфт должна быть не более 0,1 градуса.
В четвертой главе разработана установка для проведения экспери­
мента. Определены места установки датчиков, режимы диагностики. Про­
веден эксперимент по нахождению зависимости между частотой враще­
ния, соответствующей началу разворота полумуфт и предварительным
сжатием пружин, между амплитудой колебаний угла разворота полумуфт
и зазором в сопряжении палец ведомой полумуфты — груз.
Установка позволяет измерять угол разворота полумуфт и частоту
вращения за каждый оборот кулачкового вала ТНВД с ошибкой не более
±0,01 градуса и ±0,5 мин-' соответственно. Данные передаются парами:
частота вращения - угол разворота полумуфт. Систематическая ошибка
при определении угла разворота полумуфт устранена с помощью метода
измерения путем измерения угла разворота полумуфт относительно нуле­
вого положения, которое определяется при частоте вращения 160 мин"' во
время каждого замера.
Определено место установки датчика. Оно соответствует диапазону от
2 до 5 градусов поворота кулачкового вала после начала нагнетания топли­
ва. Для установки дисков в диапазоне от 2 до 5 фадусов после начала на9
гнетания топлива использован метод пролива, который обеспечивает точ­
ность определения угла ± 20 минут. Определение необходимого диапазона
ТНВД с
устройством
Частота
АЦП
(Аналогоцифровой 1феобразователь)
Угот опережения впрыскивания
Амплитуда колебаний у п а раз­
ворота полумуфт
Частота вращения, соответствутошая началу разворота полу­
муфт
Зависимость у п а разворота по-1умуфт от частоты врашения
Рисунок 2 - Структурная схема экспериментальной установки
установки датчика осуществлено путем измерения угла разворота полу­
муфт в зависимости от угла поворота кулачкового вала ТНВД. На основе
полученных данных, на частотах вращения 700, 850 и 1050 мин-1, по­
строена зависимость, изображенная на рисунке 3. При измерениях исполь­
зовался ТНВД 806.6-40. Нулевая отметка соответствует началу нагнетания
топлива первой секцией ТНВД. Выбран диапазон от 2 до 5 градусов пово­
рота кулачкового вала после начала нагнетания топлива потому, что в этом
диапазоне происходит изменение угла разворота полумуфт на величину не
более 0,1 градуса.
-20
-10
О
10
20
30
40
60
70
угол поворота кулачкового вала, град
-700 '
■850 ■
•1050
Рисунок 3 - Зависимость величины угла взаимного разворота полумуфт
автоматической муфты опережения впрыска топлива от угла поворота ку­
лачкового вала насоса
10
При использовании устройства получаемые данные не просто накап­
ливаются и отображаются, но и обрабатываются.
С помощью разработанной методики построения зависимости угла
разворота полумуфт от частоты вращения построена кривая, изображенная
на рисунке 4. Минимальный объем выборки для построения этой зависи­
мости определен, и составляет не менее 1100 значений углов разворота по­
лумуфт, равномерно распределенных по диапазону частоты вращения от
160 до 1300 мин-1, что обеспечивает достоверность информации равной
0,95. На основе этой зависимости определяется частота вращения, соответ­
ствующая началу разворота полумуфт.
35
л
g.
S
\:
3
25-
■9-
>.
^
Среднее значение yrrta разворота полумуфт /
// /
■^J I I
Максимальное значение
угла разворота полумуфт
/
угга развйрота полумуфт на частоте
2
' ^вращения 700 мик'
i
с
со
IО
Q.
П
Л
Q.
§
/ /Максимальна? амплитуда колебаний
15
Минимальное значение
угла разворота полумуфт
05
200
400
600
800
1000
1200
Частота вращения, мин'^
Рисунок 4 - Зависимость значения угла разворота полумуфт от частоты
вращения вала ТНВД
Минимальный объем выборки для статистической обработки опре­
делен с помощью планирования спектрального анализа и составляет 700
последовательных значений углов разворота полумуфт, что обеспечивает
достоверность информации на уровне 0,95. Следовательно, для того, чтобы
провести статистическую обработку всего диапазона изменения угла раз­
ворота полумуфт с шагом 50 мин-1, необходимо для каждого интервала
получить выборку из 700 значений. Что достаточно трудоемко, так как по­
лучение выборки на частоте вращения 700 мин"' занимает по времени не
менее одной минуты. Чтобы сократить область поиска и выявить наиболее
информативную частоту вращения, проведен анализ спектральных харак11
теристик, полученных в диапазоне частот вращения от 160 до 1050 мин"'.
Частота вращения 160 мин"' не может характеризовать амплитуду колеба­
ний угла разворота полумуфт, так как значение угла еще не начало изме­
няться потому, что центробежная сила мала и не способна преодолеть силу
предварительного сжатия пружин и крутящего момента. Частота вращения
1050 мин-1, так же исключается из рассмотрения, так как амплитуда коле­
баний угла на ней мала потому, что центробежная сила превосходит силу
сжатия пружин и крутящего момента, передаваемого муфтой от двигателя,
при этом угол разворота полумуфт максимален и грузы упираются в кор­
пус. При частоте вращения, соответствующей 700 мин"' грузы находятся в
среднем положение, которое является наиболее неустойчивым. При этом
крутящий момент, передаваемый муфтой, и амплитуда колебаний угла
максимальны.
Реализация процесса (рисунок 5), полученного на частоте вращения
700 мин"1 представляет собой случайный, недетерминированный процесс
изменения угла разворота полумуфт
30
Время, с
40
50
60
Рисунок 5 - Реализация случайного процесса, полученная при из­
мерении амплитуд колебаний угла разворота полумуфт на частоте вра­
щения 700 мин-1
Для построения корреляционных и спектральных функций реализация
процесса изменения амплитуд колебаний угла должна быть стационарной,
то есть не зависеть от момента начала отсчета. При получении реализации
12
частота вращения не должна изменять более, чем на ±1 мин'^. Проверка на
стационарность проведена путем сравнения статистических характеристик
двух половин реализации, которые оказались идентичны (средние значе­
ния отклоняются не более, чем на 0,01 градуса, а среднеквадратические
отклонения отличаются менее, чем на 0,02 град2), следовательно, реализа­
ция является стационарной. Поэтому анализ данных целесообразно прово­
дить с помощью корреляционной и спектральной функций без проведения
фильтрации нестационарной части.
1
1
1
у
1
09
08
07
ов
05
04
03
02
01
О
1
-0 1
1
05
о
1
1
1
1
1 5
Время, с
Рисунок 6 - Корреляционная функция амплитуд колебаний угла
Согласно корреляционной функции (рисунок 6), процесс можно отне­
сти к случайному, так как данные между собой независимы, а связь между
ними затухает через 0,1 - 0,2 с до уровня коэффициента корреляции 0,1.
Следовательно, для построения спектральной функции необходимо прово­
дить операцию сглаживания. Для проведения сглаживания выбраны спек­
тральные окна Бартлетта и Парзена.
Формулы окон имеют вид:
1--!-!-, \и\<М
w(u) = •
и\> М
для окна Бартлетта
13
(4)
Ml
w(u)--
{
, \u\<-
\ М
M
I I Л
1--^
,
—<\u\<M
(5)
для окна Парзена
\и\>м
После анализа спектров мошности, сглаженных с помощью соответ­
ствующих окон, для дальнейших исследований оставлено окно Парзена,
как имеющее меньшее смещение и дисперсию.
0.08
—
. ^
"^^^
0,07
006
:N
005
g- 0 04
Q"
' \ ,
'
Х ^
'
1
1
1
1
1
^^'^^le^^
1
I
1
1
1
'
1
^Ч1
0 03
1
1"
0 02
1
t
1
l
l
1
\
^^
Vw
^
1
Частота вращения 700 мин"'
1
1
I
1
1
1 \^
l
""T
т
i
1
1
1
I
окна Парзена!
^i^
Ширина полосы частот,0,55 Гц '
1
1
1
Сглаживание Ic помо1Дью
•
1
l
1
1
t
1
^iL
1
1
i
'
1
1
1
1
1
^**^4».
1
1
•
»
' '"l--^ i
1
1
r*
1
1
'
'
I
r
1
1
1
I
<
Число степеней свободы = 63 >
Объем выборки = 700 значений
1
1
1
0.01
О
05
'
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
15
2
25
1
3
35
4
Частота колебаний угла разворота полумуфт, Гц
Рисунок 7 - Выборочная оценка спектра мошлости, сглаженная с
помощью окна Парзена
Большое значение при спектральном анализе имеет выбор ширины
окна. Так широкое окно не позволяет выделить местные увеличения мощ­
ности спектра, а слишком узкое дает большую ошибку в виде большого
количества ложных пиков. В качестве ширины окна выбрано окно с шири­
ной полосы частот 0,55 Гц.
По результатам спектрального анализа данных, полученных при диаг­
ностике муфт новых и бывших в эксплуатации, определен параметр, ха­
рактеризующий зазор в сопряжении палец ведомой полумуфты - груз. Им
является спектр мощности.
14
Спектр мощности показывает, как дисперсия распределена по частоте.
Так для новых муфт плошадь спектра мощности на режиме максимального
крутящего момента значительно меньше площади для муфты, не отвечаю­
щей техническим требованиям.
Для определения зависимости между начатом разворота полумуфт,
площадью спектра мощности и техническим состоянием деталей муфты
(зазор в сопряжении палец ведомой полумуфты - груз) проведен экспери­
мент. По экспериментальным данным определена зависимость.
2,0
340
360
380
400
420
440
460
500
Частота вращения начала разворота гюлумуфт мин"'
Рисунок 8 - Зависимость предварительного сжатия пружин от частоты
вращения, соответствующей началу разворота полумуфт
Зависимость между предварительным сжатием пружин X и часто­
той вращения начала разворота полумуфт (рисунок 8) описывается линей­
ным уравнением с доверительной вероятностью 0,95:
7^ = 0,0106-х,-3,1481 ,
(6)
где ЛГ) - частота вращения начала разворота полу муфт, мин"1
Ошибка в определение предварительного сжатия пружин при диаг­
ностике, без разборки муфты, составляет ±0,1 мм. что вызывает ошибку в
установке угла в ±0,25 градуса, и в два раза точнее, чем по ТУ. Следова­
тельно, устройство позволяет повысить точность установки угла при регу­
лировке в 2 раза.
15
, 1 -г*'
■>■
> \ \N \ ' \ V M ' ^ ^ ' ^ \ V--
. "'.А « л \V\>r \-у\у'мЛ \ '
> S \ >• \ А- И \Л:^^ N V M >ь^
"ЛЛ
.,
\'\
■ir^\
_ tm
%
Рисунок 9 - Зависимость зазора в сопряжении палец ведомой полумуф­
ты - груз от частоты начала разворота полумуфт и площади спектра
мощности
По значениям частоты вращения начала разворота полумуфт, и пло­
щади спектра мощности определяется величина зазора в сопряжении палец
ведомой полумуфты - груз с доверительной вероятностью 0,95, по форму­
ле:
j ; = 0,3224 -0,0016- Xi +0,2074 • Х2 +2,24 • 10^ • X i 4
+ 0,0034-х,-х^-2,0399-Xj
где
(7)
"^1 - частота вращения начала разворота полумуфт, мин"1;
^2 -площадь спектра мощности, град2/с;
У - значение зазора в сопряжении, мм.
Ошибка в определения зазора при диагностике динамическим мето­
дом составляет не более ±0,02 мм в диапазоне его изменения от 0,06 до
0,25 мм, что позволяет без разборки муфты определять величину зазора в
сопряжении палец ведомой полумуфты - груз.
16
ОБЩИЕ В Ы В О Д Ы
1.
Наибольшее влияние на изменение угла разворота муфты оказывают
следующие факторы - предварительное сжатие пружин, зазор в сопряже­
нии палец ведомой полумуфты - груз.
2.
Для моделирования работы муфты использован баланс моментов;
сил сжатия пружин, центробежной силы грузов и передаваемого усилия от
двигателя.
В моменте от сил сжатия пружин учитываются изменения: размеров
звеньев муфты, угла разворота полумуфт, предварительного сжатия пру­
жин и их жесткости. В моменте от центробежной силы грузов учитывают­
ся изменения: размеров звеньев муфты, угла разворота полумуфт, массы
фузов. В моменте от передаваемого усилия от двигателя учитываются из­
менения: размеров звеньев муфты, угла разворота полумуфт, давления
впрыска топлива, величины цикловой подачи.
Амплитуда колебаний угла разворота полумуфт и частота вращения,
соответствующая началу разворота полумуфт, являются необходимыми
диагностическими параметрами муфты.
3.
Измерительная часть установки на базе микропроцессорной системы
позволяет с ошибкой не более ±0,01 градуса измерять угол взаимного раз­
ворота полумуфт и с ощибкой до ±0,5 мин'1 частоту вращения за каждый
оборот. Эта точность обеспечивает различие амплитуд колебаний угла по­
лумуфт в зависимости от изменения зазора в сопряжении палец ведомой
полумуфты - груз.
4.
Измерительная система в реальном масштабе времени, осуществляет
сбор, сохранение и отображение данных. Модуль статистической обра­
ботки опытных данных на установившихся режимах работы работает, как
во время сбора информации, так и с архивными данными. Минимальный
объем выборки для статистической обработки составляет 700 последова­
тельных значений углов разворота полумуфт. Модуль обработки и по­
строения зависимости угла разворота полумуфт от частоты вращения ра­
ботает по мере накопления минимально необходимого количества данных,
которое составляет не менее 1100 значений углов разворота полумуфт,
равномерно распределенных по диапазону частоты вращения от 160 до
1300 мин'1. Данные модули обеспечивают достоверность информации рав­
ной 0,95.
5.
Амплитуда колебаний угла разворота полумуфт при условии под­
держания частоты вращения в пределах ±1 мин'1, является стационарным
процессом. Поэтому анализ данных целесообразно проводить с помощью
корреляционной и спектральной функций без проведения фильтрации не­
стационарной части.
Корреляционная функция амплитуд колебаний угла показала, что
связь между событиями затухает до уровня коэффициента корреляции 0,1
через 0,1 - 0,2 с. Следовательно, события независимы. При этом сглажива17
ние спектральной функции необходимо проводить путем использования
окна Парзена.
6.
Наиболее информативной при диагностике муфты является частота
вращения 700 мин'1, соответствующая режиму максимального крутящего
момента двигателя. При этой частоте вращения детали муфты занимают
среднее положение, в связи с чем колебания амплитуды угла разворота по­
лумуфт максимальны по сравнению с номинальной и минимальной часто­
той вращения.
7.
При определении зазора в сопряжении палец ведомой полумуфты груз необходимо учитывать предварительное сжатие пружин, которое оп­
ределяется с помощью линейной зависимости от частоты вращения, соот­
ветствующей началу разворота полумуфт, с доверительной вероятностью
0,95.
Ошибка в диагностировании предварительного сжатия пружин со­
ставляет ±0,1 мм, что вызывает ошибку в установке угла в ±0,25 градуса, и
в два раза точнее, чем по ТУ.
8.
Зависимость зазора в сопряжении палец ведомой полумуфты - груз
от площади спектра мощности, описывается полиномом второй степени.
Ошибка в определения зазора при диагностике динамическим методом со­
ставляет не более ±0,02 мм в диапазоне его изменения от 0,06 до 0,25 мм,
что позволяет без разборки муфты определять величину зазора.
9.
Применение измерительной системы для безмоторного стенда по­
зволяет в 2 раза увеличить точность оценки технического состояния авто­
матической муфты опережения впрыска топлива.
Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:
1.
Ильин М.А. Непрерывный метод измерения подачи топлива при
испытании ТНВД на стенде // Надежность и ремонт транспортных и
технологических машин в сельском хозяйстве: Сборник научных
трудов СПбГАУ. - СПб. - 2002 - Выпуск 3. - с. 82 - 87.
2. Ильин М.А. Определение момента, передаваемого АМОВТ // Мо­
лодые ученые в научном обеспечении сельского хозяйства на со­
временном этапе: Сборник научных трудов СПбГАУ по материалам
всероссийской научно-практической конференции молодых ученых
Северо-Западного Федерального округа / СПбГАУ, СПб., 2004 Часть 1-е. 203-210.
3. Тишкин Л.В., Ильин М.А. Методика испытания АМОВТ ТНВД
МАЗ // Аграрная наука на современном этапе: Сборник научных
трудов СПбГАУ, СПб., 2005 - с. 145 - 151.
4. Тишкин Л.В., Ильин М.А., Сумманен А.В., Иванов Д.Н. Методы
оценки технического состояния сопряжений ТНВД дизелей // Сбор­
ник материалов 2-й Международной научно-технической конфе­
ренции. Орел - ОрелГАУ - 2005 - с. 401 - 411.
18
Подписано в печать 08.11.2005
Буиапюфсетиая* Формат 60X90 1/16
Печать трафаретная. Усл. леч. л . 1,0
Ти|»ж 100 экз.
>501
Отпечатано с оригинал макета заказчика
в когировально-множнтепьном центре "АРГУС"
Санкт-Петербург—Пушкин, ул Пушкинская, л 28/21 Per N^233909 от07 02 2001
1^21953
РНБ Русский фонд
2006-4
20797
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
820 Кб
Теги
bd000101630
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа