Основу производственных процессов составляют мобильные энергетические средства (МЭС), к которым относятся автомобили, тракторы и самоходные машины – комбайны в сельском хозяйстве, дорожные, лесотехнические и другие машины.
Для анализа, выявления основных тенденций конструктивного совершенствования совокупность МЭС разделим на три основные группы: тракторы и комбайны; производственный парк автомобилей; легковые автомобили. Они отличаются друг от друга не только технологическим назначением, но и существенным различием конструктивной сложности, наличием новых функциональных систем и механизмов, которые обеспечивают новое качество реализации потребительских свойств. Современный этап конструктивного совершенствования МЭС в текущем веке принципиально отличается от предшествующего. Вторая половина 20-го века в машиностроении была направлена на создание МЭС с повышенной единичной мощностью, как следствие, увеличение грузоподъемности, пропускной способности и, главное, повышение показателей эксплуатационной надежности, безотказности и ремонтопригодности. Наработка на отказ повысилась у тракторов до 300…500 мото-часов, самоходных сельскохозяйственных комбайнов до 150…180 мото-часов, пробег автомобилей до капитального ремонта возрос до миллиона и более километров [1].
Реализация указанных конструктивных решений была направлена на повышение количественных показателей потребительских свойств МЭС и, в первую очередь их производительности.
Современный этап конструктивного совершенствования МЭС направлен на обеспечение качества функционирования систем и механизмов, увеличение их функций при эксплуатации машин. Такие конструктивные решения позволяют обеспечить современные требования – экологии, эргономики, экономич ности (табл. 1) [1, 4].
Таблица 1
Новые системы и механизмы функционирования МЭС
|
Системы и механизмы |
Тракторы и комбайны |
Грузовой и пассажирский транспорт |
Легковые автомобили |
|
1. Центральный бортовой компьютер с функциями системы зажигания, системы впрыска топлива, системы диагностики, системы путевого контроля, экологической системы, приборами освещения и сигнализации |
± |
± |
+ |
|
2. Система впрыска топлива типа Д – прерывистый распределенный впрыск для внутреннего смесеобразования, бензин + дизель, плазменное зажигание, common rail |
± |
+ |
+ |
|
3. Спутниковая навигация, автопоиск |
± |
± |
+ |
|
4. Устройства аварийной безопасности, автопилот |
– |
± |
+ |
|
5. Электронное управление системой газораспределения |
– |
– |
+ |
|
6. Новые типы ДВС |
– |
+ |
+ |
|
7. Газоразрядные приборы освещения и сигнализации, спецсигнализация |
– |
– |
+ |
Примечания:
– – не применяются либо находятся в стадии разработки для данных МЭС;
± – частично применяются в очень ограниченном количестве;
+ – широкое практическое применение.
Таким образом, современные МЭС имеют следящие системы за техническим состоянием и эффективностью (правильностью) функционирования механизмов: первые из них сигнализируют о выходе какого-либо параметра за пределы допуска; вторые в зависимости от условий эксплуатации машин, корректируют работу механизмов. Очевидно, в обоих случаях значимо сократились допуски на изменение диапазона величины параметра технического состояния механизмов машин. А это в разы увеличило требования к точности как средств встроенной диагностики, так и средств внешнего их диагностирования [2].
Цель исследований – раскрыть взаимосвязь конструктивного совершенствования мобильных энергетических средств с методами диагностирования их технического состояния.
Материалы и методика исследований
Развитие автомобильного бортового оборудования идет по двум направлениям: по пути дальнейшего совершенствования существующих и по пути конструирования и построения совершенно новых электрических, электронных и автотронных устройств. Не менее существенная намечающаяся перспективная тенденция интеграции всего электронного оснащения автомобиля на основе нескольких систем: мультиплексной, автомобильной (реже ее называют водительской), информационной и встроенной системы диагностирования [3]. Производительность системы МЕ9 с новым поколением микроконтроллеров и дальнейшим повышением тактовой частоты была увеличена более чем в 50 раз, а с появлением МЕ 17.9.7 тактовая частота увеличилась в 100 раз. В обозримом будущем микроконтроллеры будут интегрироваться с процессорами обработки сигналов. В настоящее время в системах МЕ 9.0 используются чипы на 2,5 Мбт, а в ближайшее время потребуются чипы уже на 5 Мбт и гораздо выше. Продолжается разработка новых электронных блоков управления (ЭБУ) функционально более сложных: с 16- и 32-разрядным микропроцессором. Т.е. требования снижения токсичности, экологичности все более усложняют конструктивное исполнение ЭБУ (увеличиваются: тактовая частота процессора, объемы памяти, количество выводов в разъемах) [3].
В свою очередь усложняется конструкция средств диагностирования (СД), а эффективность их функционирования не соответствует конструктивной сложности машин. Современные методы диагностирования отстают в своем развитии и не позволяют с требуемой точностью выявить своевременно наличие параметрических отказов (табл. 2) [2, 4].
В табл. 2 рассмотрены различные СД, рекомендуемые в настоящее время, и представлен их анализ по таким важным показателям контролепригодности [2, 4], как количество диагностических параметров N, время поиска неисправностей T, среднее время подготовки автомобиля к диагностированию заданным числом специалистов TВ, коэффициент полноты диагностической информации KПДИ, коэффициент полноты проверки исправности KПП, коэффициент глубины поиска дефекта KГП, коэффициент использования специальных средств диагностирования KИС.
Таблица 2
Показатели диагностирования элементов ДВС различными диагностическими приборами
|
Диагностируемые элементы |
Рекомендуемые СД |
N, шт. |
T, ч. |
TB, ч. |
КПДИ КПП |
КГП |
КИС |
|
Цепи микропроцессорной системы управления двигателем (МСУД) |
Мотор-тестер МТ-10, cканер DST-12 |
132 96 |
0,6 0,3 |
0,1 0,15 |
0,50 0,40 |
0,40 |
1,00 |
|
Проводка и разъемы |
Тестер (цифровой мультиметр) |
12 |
1,5 |
0,05 |
0,30 0,30 |
0,30 |
1,00 |
|
Датчики и исполнительные механизмы |
Осциллограф, блок питания, мотор-тестер, специальные приборы 12 шт. |
26 |
2 |
0,2 |
0,60 0,50 |
0,50 |
0,60 |
|
Система зажигания |
Мотор-тестер МТ-10, разрядник |
6 |
0,3 |
0,1 |
0,80 0,70 |
0,70 |
1,00 |
|
Система топливоподачи: форсунки бензонасос топливный фильтр топливная рампа |
Проливочный стенд «Форсаж» МТА-2 с набором жиклеров МТА-2 – |
8 3 2 – |
2 0,5 0,2 – |
1 0,1 0,1 – |
0,90 0,80 – |
0,80 0,80 0,80 – |
1,00 0,80 1,00 – |
|
КШМ: цилиндропоршневая группа подшипники коленвала |
Компрессометр, мотор-тестер МТ-10 Пневмотестер, манометр |
4
4 |
0,3
0,5 |
0,15
0,35 |
0,90 0,90 0,60 0,50 |
0,8 0,5 |
0,90 1,00 |
|
Газораспределительный механизм |
Мотор-тестер МТ-10, пневмотестер |
1 |
0,5 |
0,35 |
0,80 0,60 |
0,60 |
1,00 |
|
Система выпуска отработавших газов |
МТА-2 |
1 |
0,8 |
0,3 |
0,60 0,50 |
0,50 |
1,00 |
|
Система впуска: воздушный фильтр |
МТА-2 |
1 |
0,8 |
0,3 |
0,60 0,50 |
0,50 |
1,00 |
Анализ средств и методов, представленных в табл. 2, позволяет сделать следующие заключения: для ряда систем при значительном количестве N чрезмерно высоки значения T и TВ, значения коэффициентов KПДИ, KПП и KГП имеют низкие значения (предопределяют качество диагностирования), что характеризует указанные СД как низкоэффективные и малодостоверные. Значение KИС = 1,0 говорит о использовании только заводских средств при диагностировании и их низкой универсальности.
На современном этапе конструктивного совершенствования МЭС при их эксплуатации превалируют не функциональные отказы механизмов машин, а параметрические отказы, которые органолептическими методами операторов в большинстве случаев не могут быть зафиксированы и выявлены [7].
Результаты исследований и их обсуждение
Разработанные новые технологии и средства диагностирования ДВС на основе тестовых режимов позволяют повысить точность диагностирования технического состояния механизмов основных систем, что доказано экспериментально, в 1,5…2 раза (табл. 3) [5, 6].
Как видно из анализа табл. 3, применение разработанных нами СД и методов диагностирования позволяет повысить показатели контролепригодности в среднем: время поиска неисправностей T уменьшить в 1,2…5 раз; среднее время подготовки автомобиля к диагностированию заданным числом специалистов ТВ уменьшить в 1,2…7 раз; коэффициент полноты диагностической информации KПДИ увеличить на 10…60 %; коэффициент полноты проверки исправности KПП увеличить на 10…60 %; коэффициент глубины поиска дефекта KГП увеличить на 10…60 %; коэффициент использования специальных средств диагностирования KИС снизить за счет использования нами разработанных специальных СД на 20…30 % [2].
Совокупность применения новых методов диагностирования технического состояния МЭС с их конструктивным совершенством и реализацией стратегии превентивного обслуживания позволяет повысить эффективность процессов обеспечения работоспособности машин в 1,5…2 раза [7].
Таблица 3
Показатели диагностирования элементов ДВС с применением разработанных СД
|
Диагностируемые элементы |
Рекомендуемые СД |
N, шт. |
Т, ч |
ТВ, ч |
KПДИ КПП |
КГП |
КИС |
|
Цепи МСУД |
Приборный комплекс догружатель (ПКД) |
132 |
0,3 |
0,1 |
0,80 0,80 |
0,90 |
0,70 |
|
Проводка и разъемы |
ПКД, мультиметр |
12 |
0,4 |
0,05 |
0,90 0,80 |
0,90 |
0,70 |
|
Датчики и исполнительные механизмы |
ПКД, установка для испытания датчиков массового расхода воздуха и др. |
10 |
0,4 |
0,1 |
0,80 0,80 |
0,90 |
0,50 |
|
Система зажигания |
ПКД |
6 |
0,2 |
0,1 |
0,80 0,70 |
0,80 |
0,70 |
|
Система топливоподачи |
ПКД |
8 |
0,5 |
0,15 |
0,90 |
0,80 |
0,80 |
|
КШМ: ЦПГ; Подшипники коленчатого вала |
ПКД, осциллограф, блок питания, датчик давления, усилитель |
6 |
0,3 0,4 |
0,15 0,15 |
0,90 0,90 0,90 0,90 |
0,8 0,8 |
0,70 0,70 |
|
Газораспределительный механизм |
ПКД |
4 |
0,4 |
0,15 |
0,80 0,80 |
0,90 |
0,70 |
|
Система выпуска отработавших газов |
ПКД, осциллограф, блок питания, датчик давления, усилитель |
3 |
0,4 |
0,15 |
0,80 0,80 |
0,80 |
0,70 |
|
Система впуска: воздушный фильтр |
ПКД, осциллограф, блок питания, датчик давления, усилитель |
3 |
0,4 |
0,15 |
0,80 0,80 |
0,80 |
0,70 |
Из рассмотренных выше материалов, обобщения основных тенденций конструктивного совершенствования МЭС и средств их обслуживания, результатов проведенных нами исследований можно сделать следующие выводы.
качественное отставание в развитии методов и средств диагностирования от совершенствования конструкции МЭС предопределяет снижение уровня использования их потенциала. Современные технологические системы, механизмы МЭС, их прецизионность функционирования практически полностью исключают использование органолептических методов диагностирования технического состояния машин. Этот факт предопределяет, с одной стороны разработку и реализацию новых систем внешнего диагностирования технического состояния машин, с другой – введение в их конструкцию систем саморегулирования технологических процессов работы агрегатов машин, в т.ч. систем предотвращения отказов на основе резервирования элементов и реализации компенсационных режимов работы механизмов.
Рецензенты:Игнатьев Г.С., д.т.н., профессор кафедры «Технология и организация технического сервиса», Челябинской государственной агроинженерной академии, г. Челябинск;
Ерофеев В.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Технология и организация технического сервиса» Челябинской государственной агроинженерной академии, г. Челябинск.
Работа поступила в редакцию 05.12.2013.