Вінницький державний аграрний університет

Яцковський Віктор Іванович

УДК 621.436.004

Удосконалення віброакустичного методу діагностування паливної

апаратури автотракторних дизелів

Спеціальність 05.05.11 – Машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Вінниця – 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Вінницькому державному аграрному університеті (ВДАУ), м. Вінниця.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Анісімов Віктор Федорович,

Вінницький державний аграрний університет,

Міністерства аграрної політики України,

завідувач кафедри тракторів, автомобілів та технічного

сервісу машин.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Черновол Михайло Іванович,

Кіровоградський національний технічний університет,

Міністерство освіти і науки України,

завідувач кафедри експлуатації та ремонту машин

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Кушлянський Володимир Леонідович,

завідувач відділу технічного обслуговування с.-г. техніки Національного наукового центру “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”

Української академії аграрних наук, смт. Глеваха,

Васильківського району, Київської області.

Провідна установа: Дніпропетровський державний аграрний університет,

Міністерства аграрної політики України

кафедра сільськогосподарських машин,

м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться “01” червня 2007 р. о 1230 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.854.02 у Вінницькому державному аграрному університеті за адресою: 21008, м. Вінниця, вул. Сонячна, 3, ауд. М4.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Вінницького державного аграрного університету за адресою: 21008, м. Вінниця, вул. Сонячна, 3.

Автореферат розісланий “27” квітня 2007 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради , д.т.н. П.С. Берник

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Технічний стан паливної системи двигунів сільськогосподарських машин безпосередньо впливає на велику кількість показників їх роботи. До цих показників відносять потужність, економічність, санітарні вимоги, тощо. Відхилення регулювань паливної апаратури від нормальних настановних значень крім погіршення показників потужності та економічних показників двигунів викликає також ріст динамічних і температурних характеристик робочого процесу, що впливають на вібрацію, динамічну деформацію і теплову напруженість деталей сільськогосподарської техніки.

В наш час застосовується планово-запобіжна система технічного обслуговування рухомого складу, головне завдання якого полягає в попередженні відмов у період роботи і підтримці надійності рухомого складу на високому рівні протягом тривалого періоду. Застосування систем технічного діагностування (СТД) дозволить відмовитися від регламентації робіт через фіксовані періоди експлуатації і перейти до робіт, обсяг і зміст яких визначається фактичним станом об'єкта діагностування. Таким чином можна вжити заходів з підтримки сільськогосподарської техніки на високому техніко-економічному рівні протягом тривалого терміну служби. Складність конструкції двигунів внутрішнього згоряння, велика кількість вузлів і агрегатів, що підлягають діагностуванню, викликає необхідність створення і розвитку систем технічного діагностування. Дана задача є актуальною ще й тому, що в даний час витрати на підтримку технічної готовності ДВЗ у
5-10 разів перевершують витрати на його виробництво. Пошук несправностей у дизелі займає 50-80% загального часу простою в ремонті. При наявності систем технічного діагностування воно може бути скорочене в десятки разів. Тому розробка СТД є актуальною задачею.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є продовженням досліджень методів та засобів діагностування паливної апаратури систем живлення дизельних двигунів сільськогосподарських машин, для підтримання їх достатньо високого коефіцієнту готовності, які виконувалися у Вінницькому державному аграрному університеті. Тема роботи відповідає напрямку наукової діяльності кафедри “Трактори, автомобілі та технічний сервіс машин” Вінницького державного аграрного університету. Робота виконувалась у відповідності з пріоритетними напрямами розвитку науки і техніки на період до 2006 року, які визначені в Законі України від 11 липня 2001 року

№ 2623-ІІІ “Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є створення надійної в експлуатації мобільної автоматизованої діагностичної установки для визначення технічного стану паливної апаратури автотракторних дизелів віброакустичним методом.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- виконати детальний аналіз існуючих методів і засобів діагностування паливної апаратури автотракторних двигунів сільськогосподарської техніки (АДСТ), з метою виявлення найбільш раціональних технічних рішень для їх подальшої реалізації в об’єкті дослідження;

- обґрунтувати вибір параметрів паливної апаратури, від яких залежить технічний стан АДСТ;

- розробити математичну модель, яка пов’язує коливання блок-картеру двигуна з розрегулюваннями паливної апаратури АДСТ;

- провести експериментальні дослідження залежності віброприскорення блок-картеру АДСТ від розрегулювань паливної апаратури;

- дослідити методи розпізнавання та класифікації несправностей паливної апаратури системи живлення автотракторних дизелів, та визначити можливість застосування цих методів для діагностування механізмів трансмісії сільськогосподарської техніки;

- розробити автоматизовану діагностичну установку та науково-обгрунтовану методику діагностування паливної апаратури та механізмів трансмісії сільськогосподарських машин.

Об’єкт досліджень. Робочі процеси системи впорскування палива, що змінюються в процесі експлуатації і впливають на технічний стан автотракторних двигунів.

Предмет досліджень. Параметри зміни віброприскорення блок-картеру автотракторних дизельних двигунів та механізмів трансмісії сільськогосподарських машин.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження робочого процесу паливної апаратури автотракторних дизелів сільськогосподарських машин виконані методом математичного моделювання, чисельними методами диференціального та інтегрального аналізу і комп’ютерного моделювання. Застосовані методики базуються на класичних наукових положеннях теоретичної механіки, теорії двигунів внутрішнього згоряння, методах математичного аналізу і прикладної математики, методах розпізнавання образів, а також на результатах проведених наукових досліджень в області моделювання і діагностування паливних систем енергетичних засобів сільськогосподарської техніки.

Експериментальні дослідження проводилися з метою перевірки достовірності результатів теоретичних досліджень та для формування бази знань для навчання автоматизованої бортової системи діагностування паливних систем автотракторних дизелів сільськогосподарської техніки. Натурні випробування та експерименти проводилися електровимірювальним способом із застосуванням сучасних приладів, які мають достатню точність і необхідні частотні характеристики. Для обробки результатів експериментальних досліджень і оцінки їх достовірності використані методи математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше розроблено математичну модель, яка пов’язує між собою розрегулювання паливної апаратури та віброприскорення блок-картеру двигуна автотракторних дизелів сільськогосподарської техніки;

- вперше знайдено і підібрано операції “еквівалентність” та “нееквівалентність” для нейронної мережі, яка використовується для розпізнавання несправностей;

- вперше експериментально досліджено зміну віброприскорення блок-картеру двигуна в залежності від технічного стану паливної апаратури.

- вперше розроблено і експериментально досліджено автоматизовану діагностичну установку, яка призначена для бортового контролю технічного стану вузлів і механізмів автотракторних дизелів сільськогосподарських машин.

Практичне значення отриманих результатів.

- розроблено конструктивну схему автоматизованого діагностичного комплексу для діагностування паливної апаратури енергетичних засобів сільськогосподарських машин;

- вперше розроблено методику розпізнавання несправностей за допомогою нейронної мережі, та введені операції “еквівалентність”,”нееквівалентність” для покращення розпізнавання;

- вперше знайдено діапазон частот, на яких необхідно діагностувати різні несправності паливної апаратури;

- розроблено програмне забезпечення для діагностування паливної апаратури.

Результати теоретичних та практичних досліджень були впроваджені в автотранспортному цеху ВАТ “Суха балка” м. Кривий Ріг Дніпропетровської області та використовуються в навчальному процесі у Вінницькому державному аграрному університеті.

Особистий внесок здобувача

- проведено аналіз наукових досліджень, порівняльний аналіз методів і засобів діагностування паливної апаратури автотракторних дизелів, визначені недоліки та переваги існуючих методів і засобів, а також перспективи їх удосконалення, на основі цього висунута ідея та наукова гіпотеза роботи;

- сформульовано науковий підхід автоматизації процесу діагностування паливної апаратури шляхом цифрової обробки сигналу віброприскорення блок-картера двигуна;

- розроблено математичну модель та алгоритм автоматизованого діагностування паливної апаратури автотракторних дизелів за допомогою нейронних мереж;

- проведено експериментальні дослідження, змодельовані типові несправності та створена відповідна база параметрів математичної моделі, що описують ці несправності.

Апробація результатів дослідження. Основні результати теоретичних та практичних досліджень доповідались, обговорювались та були схвалені на міжнародних конференціях “Photonic and Quantum Technologies for Aerospace Applications IV” (Orlando, Florida, USA 1-3 April, 2002), на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів Вінницького державного сільськогосподарського університету 2002 та 2004р. на Міжнародному симпозіумі “Наука и предпринимательство” (м. Ужгород, 19-22 февраля 2002 г.), на міжнародній конференції “Optical Memory and Neural Networks: Proceeding of SPIE” (27-30 August 1997 Moscow, Russia).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладені у
6 наукових працях, з них 4 праці опубліковано у фахових виданнях, затверджених ВАК України, а 2 праці опубліковані в збірниках матеріалів міжнародних конференцій.

Обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг роботи складає 160 сторінок, у тому числі 60 малюнків на 50 сторінках, 12 таблиць на 13 сторінках, 1 додаток на 1 сторінці. Список використаних джерел налічує 125 найменувань на 12 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, висвітлено зв’язок її із науковими напрямками, сформульовані мета та задачі роботи, які потрібно розв’язати для її досягнення, визначено наукову новизну отриманих результатів, а також наведені дані про їх практичну цінність, особистий внесок здобувача і апробацію результатів роботи.

У першому розділі виконано порівняльний аналіз існуючих методів та засобів діагностування вузлів та механізмів енергетичних засобів сільськогосподарської техніки, розглянуто сучасні вимоги до проведення процесу діагностування та напрямки його вдосконалення.

Питаннями діагностування паливних систем енергетичних засобів сільськогосподарської техніки присвячена велика кількість робіт різних авторів. Значний вклад у розвиток науки в цьому напрямку зробили Ждановський Н.С., Алілуєв В.А., Ніколаєнко А.В., Бельських В.И., Біргер І.А., Сельцер А.А., Станіславський Л.В., Спічкін Г.В., Кірса В.І., Мірошніков Л.В., Левінсон Б.В., Павлов Б.В., Голов Ф.В., Єрмаков Ю.Д., Кончин А.В, Маляр Н.С., Банніков В.В., Баліцький М.Л., Явлєнський К.Н. та багато інших.

Великий об’єм досліджень у цій галузі було виконано в Московському автодорожньому інституті, Науково дослідному інституті автомобільного транспорту, Харківському автодорожньому інституті та інших структурах.

Аналіз літературних та наукових джерел показав, що існуючі методи і засоби діагностування вузлів та механізмів сільськогосподарської техніки не в повній мірі відповідають сучасним вимогам щодо визначення їх поточного технічного стану. Один з недоліків - недостатнє використання комп’ютерної техніки та нових методів автоматичного розпізнавання та класифікації несправностей, що зумовлює збільшення тривалості простою сільськогосподарської техніки в ремонті, та веде до значних витрат часу на сам процес діагностування.

Найбільш перспективним є застосування віброакустичного методу діагностування. Цей метод дозволяє діагностувати практично всі вузли і агрегати сільськогосподарської техніки за порівняно короткий період часу. Крім того необхідно створювати автоматизовані діагностичні установки, які ставилися б на кожен трактор або сільськогосподарську машину. Застосування “нейронних мереж” дозволяє автоматизувати методику розпізнавання та класифікації несправностей та усунути людину з процесу діагностування, що зробить його більш точним і швидким. Такі системи можуть самонавчатися в процесі роботи, що також зробить більш точним процес діагностування.

У другому розділі з метою вибору раціональної конструктивної схеми діагностичного комплексу розглянуто несправності, які виникають при роботі паливної апаратури. Практично 80% усіх несправностей, які мають місце в дизельних двигунах, припадають на долю паливної системи, тому в якості змінних параметрів вибрано: циклову подачу палива, кут впорскування палива, тиск впорскування палива форсункою та діаметр соплових отворів форсунки. Проведено динамічний аналіз двигуна з метою виявлення збудників вібрацій блок-картеру.

Віброакустичний підхід до діагностування вузлів та механізмів енергетичних засобів сільськогосподарських машин оснований на опису стану вузла в часовій області у вигляді диференціального рівняння:

Яке зв’язує віброакустичні параметри, узагальнені прискорення, швидкість, переміщення з вектором стану .

Технічний стан паливної системи може бути представлений у вигляді матриці параметрів:

. (1)

Параметр характеризує технічно справний стан паливної апаратури, а параметри - характерні типові несправності. Кожна несправність паливної системи впливає на зміну амплітудно-частотних та фазових характеристик віброприскорення блок-картеру двигуна, тому параметрам математичної моделі можна поставити у відповідність характеристики спектрів кривих віброприскорення.

Значення амплітудно-частотної характеристики сигналу являє собою одномірний масив даних, кожен елемент якого відповідає окремому значенню частоти. Оскільки процес діагностування здійснюється при постійній частоті обертання колінчастого валу двигуна об/хв., то опорна частота Гц. При діагностуванні за опорну частоту приймаємо наступні частоти: 15 Гц, 30 Гц, 45 Гц до 10 кГц. Проведемо інтерполяцію значень амплітуди на цих частотах і визначимо коефіцієнти поліному. Для інтерполяції вибираємо поліном четвертого порядку.

. (2)

Таким чином залежність (1) буде представлена у вигляді матриці поліномів, або у спрощеному виді коефіцієнтами поліномів

(3)

Для автоматизації пошуку несправностей в діагностичній системі використовуються нейронні мережі. На вхід нейронної мережі поступає сигнал з датчиків, який апроксимується, та виконується задача класифікації образів. База параметрів нейронної мережі може поповнюватися в процесі функціонування системи діагностування, що робить запропонований метод відкритим і адаптованим для діагностування різних типів систем і механізмів сільськогосподарської техніки.

Для математичного моделювання скористаємося формулою, яка запропонована Ждановським Н.С., Алілуєвим В.А. та Ніколаєнко А.В. для визначення потужності вібрації на блок картері двигуна:

,

Теоретичний аналіз показує, що при роботі або прокручуванні двигуна внутрішнього згоряння із збільшенням зазору збільшується енергія вібрації, яка формується перекладенням поршня, при цьому змінюються і часові параметри імпульсів.

Таким чином, для отримання теоретичних кривих зміни енергії вібрації необхідно отримати залежності зміни тиску газів всередині циліндру в залежності від кута повороту колінчатого валу. Для цього необхідно промоделювати паливну систему енергетичних засобів сільськогосподарських машин, процес сумішоутворення та згоряння палива.

Для моделювання процесів сумішоутворення та згоряння палива використаємо методики Разлєйцева Н.Ф. та П’ядічева Е. В.

Кількість палива, яке випаровується

.

Функція вигоряння парів палива та швидкість виділення теплоти

. .

Доля вигорівши парів палива:

.

Отримані дані дозволяють визначити зміну потужності вібрації на поверхні блок картеру двигуна в залежності від розрегулювання паливної системи та в залежності від зміни зазору між поршнем та гільзою.

Третій розділ присвячений експериментальним дослідженням залежності вібрацій блок-картеру двигуна в залежності від розрегулювань паливної системи. На рис. 1 показано схему експериментальної установки.

Рис. 1. Загальний вигляд експериментальної установки та місце кріплення датчика

В цьому розділі було розглянуто питання планування експерименту, та методика обробки експериментальних кривих.

Першим етапом діагностування є отримання сигналу з датчиків і передача його в пам’ять комп’ютера. Зчитаний сигнал являє собою одномірний масив даних. Двигун працює при постійній частоті обертів n=900 об/хв.. Датчик встановлювали навпроти другого циліндру, криві віброприскорення знімали як у вертикальній площині так і у горизонтальній площині. Дослід повторювали три рази, потім криві осереднювали, та з отриманою кривою працювали далі.

Четвертий розділ присвячений аналізу експериментальних досліджень. Для діагностичної моделі процесу визначали осереднену амплітудно-частотну характеристику, автокореляційну функцію та використовували інші методи обробки сигналу. Для визначення цих характеристик використовували метод швидкого перетворення Фур’є. Встановлено, що основні частотні гармоніки, які представляють інтерес для діагностування, лежать в межах від 15 Гц до 10 кГц.

Сигнали з датчиків зчитувалися з технічно справного дизельного двигуна Д-240 трактора МТЗ-80. Моделювалися різні несправності, зокрема такі:

- зміна циклової подачі палива секцією паливного насосу високого тиску;

- зміна кута випередження впорскування палива секцією насоса високого тиску;

- зміна тиску впорскування палива форсункою;

- зміна соплових отворів форсунки.

Принцип моделювання несправностей такий: на відрегульованій паливній апаратурі почергово моделюється тільки одна несправність, визначаються спектральні характеристики кривої віброприскорення блок-картеру двигуна з цією несправністю, визначаються відповідні параметри математичної моделі, автокореляційна функція та інші характеристики, які записуються в одномірний вектор й подаються на розпізнавання та класифікацію в нейронну мережу. Потім моделюється наступна несправність. При цьому приймається припущення, що змодельована несправність не впливає на технічний стан інших вузлів та агрегатів двигуна.

Перед проведенням експериментів на двигуні проводилися регламентні роботи з технічного обслуговування, паливна апаратура була відрегульована згідно з нормативно-технічною документацією заводу виробника.

Загальний вид експериментальних кривих (рис. 2).

Рис. 2. Загальний вигляд експериментальної кривої віброприскоерння

блок-картеру двигуна

Було розглянуто залежність спектрів від тривалості реалізації, кількості точок, за якими будується спектр. Встановлено, що необхідно записувати сигнал не менше 5 секунд, а кількість точок брати максимальну.

Значний інтерес представляють просторові графіки, побудовані за кривими віброприскорення, які зняті по вертикальній та горизонтальній осі, в залежності від зміни часу.

а) б)

Рис. 3. Просторові графіки кривих вібрації по двох точках:

а) при нормальних регулюваннях паливної апаратури;

б) при зменшенні циклової подачі палива на 15% від номінального

значення.

Як видно з рисунків 3 та 4 при зміні регулювань паливної апаратури системи живлення автотракторних двигунів змінюється характер коливання блок-картеру, що може бути також використане для процесу діагностування.

При зміні кута випередження впорскування отримуємо поверхні, які зображено на рис. 4.

а) б)

Рис. 4. Просторові графіки кривих вібрації по двох точках:

а) при нормальних регулюваннях паливної апаратури;

б) при збільшенні кута випередження подачі палива на 15%

від номінального значення.

Для оцінки стану циліндро-поршневої групи розглянемо спектри віброприскорення блоку циліндрів двигуна, які були отримані без його запуску, шляхом прокручування колінчастого вала двигуна за допомогою стенду на різних обертах (190 об/хв., 290 об/хв., 470 об/хв.).

а) б) в)

Рис. 5. Амплітудно-частотна характеристика зміни віброприскорення

блок-картеру двигуна на режимі “холодної обкатки”:

а) 190 об/хв.; б) 290 об/хв.; в) 470 об/хв..

Огинаючі спектру на опорних частотах апроксимуються рівняннями:

для рис. 5 а:

А=0,045936695+11,939293f-0,57850449f2+0,011053516f3-6,7187689e-005f4;

для рис. 5 б:

А=57,482402+0,88061541f+-0,0065614887f2

для рис. 5 в:

А=69,919419+0,21144801f-0,0007031783f2.

Таким чином отримуємо рівняння зміни частоти та амплітуди при зміні частоти обертання колінчатого вала двигуна. Зміну частоти та амплітуди наведено в таблиці 1.

Таблиця 1

Опорні частоти та амплітуди спектрів вібрації на режимі “холодної обкатки”

№ п,п | 190 об/хв | 290 об/хв. | 470 об/хв. | Частота, Гц | Амплітуда, дБ | Частота, Гц | Амплітуда, дБ | Частота, Гц | Амплітуда, дБ | 1. | 14,49 | 83,01 | 20,22 | 74,61 | 15,56 | 78,11 | 2. | 18,32 | 84,13 | 30,47 | 74,55 | 31,17 | 69,24 | 3. | 22,5 | 84,26 | 40,96 | 83,56 | 46,95 | 77,24 | 4. | 29,15 | 82,31 | 50,27 | 84,96 | 63,12 | 80,77 | 5. | 36,95 | 85,81 | 60,31 | 88,03 | 87,81 | 83,79 | 6. | 87,24 | 86,1 | 86,81 | 84,08 | 95,01 | 85,54 | 7. | 186,1 | 82,67 | 186,1 | 80,72 | 110,25 | 85,89 |

а) б)

Рис. 6. Амплітудно-частотна характеристика зміни віброприскорення блок-картеру при працюючому двигуні на різних частотах

обертання колінчастого валу:

а) 1000 об/хв., б) 1200 об/хв.

Значення згинаючої амплітудно-частотної характеристики віброприскорення блок-картеру двигуна наведені в таблиці 2.

Таблиця 2

Опорні частоти спектрів та амплітуд віброприскорення блок-картеру двигуна при зміні частоти обертання колінчастого вала

№ п/п | 1000 об/хв. | 1200 об/хв | Частота, Гц | Амплітуда, дБ | Частота, Гц | Амплітуда, дБ | 1. | 16,85 | 78,61 | 40,03 | 70,35 | 2. | 33,75 | 73,24 | 60,31 | 81,26 | 3. | 68,35 | 66,37 | 80,16 | 63,9 | 4. | 87,81 | 83,27 | 87,81 | 80,08 | 5. | 101,81 | 71,53 | 100,65 | 82,11 | 6. | 135,31 | 74,79 | 120,76 | 66,83 | 7. | 169,91 | 78,19 | 140,02 | 73,47 | 8. | 183,99 | 80,26 | 150,1 | 64,3 | 9. | 203,86 | 79,68 | 179,35 | 69,42 | 10. | 239,1 | 76,5 | 201,53 | 68,72 | 11. | 230,94 | 72,88 | 220,75 | 67,36 | 12. | 307,07 | 76,09 | 239,06 | 68,59 | 13. | 340,2 | 75,28 | 280,35 | 61,02 | 14. | 500,95 | 72,05 | 340,09 | 63,76 | 15. | 643,48 | 65,26 | 360,12 | 63,05 |

Отримані значення апроксимуються рівняннями:

для частоти 1000 об/хв.:

A=73,732891+0,02714154f-6,2320763e-005f2,

для частоти 1200 об/хв.:

A=21,261165+0,9217514f-0,004573869f2+6,3200032e-006f3.

Рис. 7. Автокореляційні криві при нормально відрегульованій паливній апаратурі, зняті для горизонтальних віброприскорень блоку циліндрів у верхній та нижній точках.

а) б)

Рис. 8. Автокореляційні функції віброприскорення блок-картера двигуна при тиску впорскування 14 МПа:

а), б) верхня точка горизонтальна та вертикальна складова.

Таким чином, для визначення несправностей необхідно зняти базові криві, які складають базу знань. Для більш точної постановки діагнозу необхідно створювати багатовимірний вектор ознак, в який будуть входити: перетворення Фур’є, автокореляційна функція, просторові графіки кривих віброприскорення та інші.

Таким чином для розпізнавання та класифікації подається вектор зображень, елементами якого є: зображення амплітудно-частотної характеристики, автокореляційної функції, зображення поверхонь, які утворено кривими віброприскорення в горизонтальній та вертикальній складових, зображення синус та косинус коефіцієнтів швидкого перетворення Фур’є та інші. Цей сигнал подається на багатошарову нейронну мережу для розпізнавання. В процесі постійного контролювання віброприскорення блок-картеру двигуна система проходить самонавчання та коригує первинну базу сигналів, таким чином досягається мета більш точної постановки діагнозу. При виході значень параметрів, що діагностуються за певні межі система подає сигнал про несправність. Експериментально встановлено, що точність такої бортової діагностичної системи складає не менше 85%. Чим більше система працює, тим точніше ставиться діагноз. Для реалізації даного методу не потрібне дороге діагностичне обладнання.

Для перевірки діагностичної моделі використовувався пакет програм NeuroShell. Після навчання програми було сформовано вибірку яку було подано на розпізнавання, система класифікувала та розпізнала цю вибірку і віднесла її до певної несправності. Похибка склала 3%.

Для перевірки математичної моделі було обраховано потужність вібрації на блок картері двигуна за експериментальною кривою, а потім це значення було порівняно з теоретичними кривими. Співпадання наведено на наступному рисунку.

Рис. 10 Співпадання кривих потужності вібрації на блок-картері

теоретичних та експериментальних кривих

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

В даній дисертаційній роботі запропоновано новий підхід до процесу діагностування вузлів і агрегатів сільськогосподарських машин. Розроблено та реалізовано метод та засоби, які можуть бути використані в якості бортових діагностичних систем, що повністю автоматизовані. Підводячи підсумки результатів дисертаційного дослідження можна зробити наступні висновки:

1. Аналіз стану проблеми показав, що найбільш перспективними діагностичними приладами є бортові автоматизовані діагностичні установки, які використовують віброакустичні методи і дозволяють вилучити оператора-діагноста з процесу діагностування.

2. Встановлено, що на вібрації блок-картеру двигуна впливають перекладання поршня у верхній мертвій точці та протікання робочого процесу всередині циліндра, останній в свою чергу залежить від розрегулювань паливної апаратури.

3. Розроблено і досліджено математичну модель зміни потужності вібрації блок-картера двигуна в залежності від розрегулювань паливної апаратури, що дає змогу прогнозувати технічний стан системи живлення.

4. Створено експериментальну установку та на основі матриці планування проведено експеримент, в якому знайдено залежність амплітудно-частотної характеристики сигналів, знятих з блок-картеру, від розрегулювань паливної апаратури. Виконані дослідження показують, що різні несправності паливної системи впливають на зміну амплітудно-частотної характеристики віброприскорення блок-картеру в діапазоні від 20 Гц до 10 кГц.

5. Для автоматичного розпізнавання кривих розроблено модель нейронної мережі з введенням в неї операцій “еквівалентність”- “нееквівалентність”.

6. Встановлено, що для більш точної постановки діагнозу необхідно вхідний вектор зображень, який описує несправність та подається на розпізнавання на нейронну мережу робити багатовимірним, тобто він повинен складатися не з однієї ознаки, а з кількох, при цьому час розпізнавання такого вектора лежить в межах (3-30)10-6с, при розмірах кожного зображення 128 на 256.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Анисимов В.Ф., Ребедайло В.Н., Паламарчук Е.А., Яцковский В.И., Еленич Н.П. Диагностирование топливной апаратуры дизельного двигателя по вибрационным параметрам //Вибрации в технике и технологиях. – 1996. - №1 (3). – С. 53-54. Здобувачем проведений аналіз існуючих методів і засобів діагностування паливної апаратури дизельних двигунів. Визначені недоліки та переваги існуючих методів та перспективи їх удосконалення.

2. Анісімов В.Ф., Яцковський В.І. Удосконалення віброакустичного методу діагностування паливної апаратури дизельних двигунів. //Промислова гідравліка та пневматика. – 2006. - №2(12). – С.102-105. Здобувачем розроблена математична модель та розглянуті результати експериментальних досліджень зміни віброприскорення блок-картеру дизельного двигуна в залежності від розрегулювань паливної апаратури.

3. Красиленко В.Г., Грабчак А.В., Яцковский В.І., Волынец С.И., Фельфель А. Структурно-схемотехнические аспекты построения морфологических операционных устройств картинного типа и нейроподобных обрабатывающих вычислительных сред. // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2000. №4. – С.112-115. Здобувачем запропоновані структурно-схемотехнічні аспекти побудування нейронних мереж для діагностування зображень.

4. Krasilenko V., Dubov J., Yatskovsky V., Khudoley O. Algorithms and architectures for high accuracy matrix-matrix muktipliers using optical quaternary signed-digit arithmetic // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2004.-№1. – С.13-26. Здобувачем виконане моделювання пристроїв для обробки матриць зображень сигналів.

5. Krasilenko V., Saletsky F., Yatskovsky V. Continuous logic equivalental models of Hamming neural network architectures with adaptive-correlated weighting // Optical Memory and Neural Networks: Proceeding of SPIE (27-30 August 1997 Moscow Russia). – Moscow. 1997, Volume 3042. p.398-409.

6. Красиленко В.Г., Найко Д.А. Яцковський В.І, Шевчук О.Ф., Дубов Є. В. Метод класифікації біоелектричних сигналів по мінімуму нееквівалентності (максимуму еквівалентності) та паралельна структура для його реалізації //Наука и предпринимательство: Материалы международного симпозиума 19-22 февраля 2002 г.). – Винница-Ужгород, 2002. – С.152 – 156. Здобувачем запропоновано метод класифікації сигналів та розроблена схема для його реалізації.

Яцковський В.І. Удосконалення віброакустичного методу діагностування паливної апаратури автотракторних дизелів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Вінницький державний аграрний університет, Вінниця, 2007.

Дисертацію присвячено обґрунтуванню та удосконаленню віброакустичного методу діагностування паливної апаратури та механізмів трансмісії автотракторних дизелів сільськогосподарських машин.

В результаті теоретичних і експериментальних досліджень запропоновано удосконалений віброакустичний метод для визначення несправностей паливної апаратури автотракторних дизелів та механізмів трансмісії сільськогосподарської техніки, який базується на встановленні взаємозв’язку між несправностями паливної апаратури та віброприскоренням блок-картеру дизельних двигунів сільськогосподарської техніки. Розроблена математична модель, параметри якої є матриці коефіцієнтів поліномів, які в числовій формі визначають стан окремих вузлів та агрегатів автотракторних дизелів сільськогосподарської техніки. Суть автоматизованого діагностування полягає у визначенні технічного стану паливної апаратури автотракторних дизелів шляхом розпізнавання та класифікації отриманих кривих віброприскорення блок-картеру двигуна у нейронній мережі, в базі даних якої містяться криві віброприскорення блок-картеру двигуна отримані при моделюванні різних несправностей.

Ключові слова: паливна апаратура, віброакустичне діагностування, технічний стан, автоматизація, бортова діагностична установка.

Яцковский В.И. Усовершенствование виброакустического метода диагностирования топливной аппаратуры автотракторных дизелей. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Винницкий государственный аграрный университет, Винница, 2007.

Диссертация посвящена вопросу разработки и практической реализации автоматизированного диагностирования топливной аппаратуры автотракторных дизелей и механизмов трансмиссии сельскохозяйстенной техники.

В работе произведен анализ методов и средств диагностирования топливной аппаратуры автотракторных дизелей и механизмов трансмиссии, рассмотрены методы, на основе которых строятся автоматизированные системы диагностирования, их достоинства и недостатки. Для построения автоматизированной диагностической установки наиболее предпочтительно использование виброакустических методов, так как они устраняют демонтаж и разборку оборудования, кроме того они наиболее чувствительны к отклонению параметров технического состояния узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин от нормы.

В работе предложен новый метод диагностирования топливной системы автотракторных дизелей по вибрационным характеристикам блок-картера двигателя.

В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель, на основе которой построена нейронная сеть с помощью которой и производится получение сигнала, его аппроксимация, и распознавание.

В процессе работы нейронная сеть обучается. Если при диагностировании определена неисправность которой нет в базе, то для нее определяются параметры математической модели и она заносится в базу.

В работе предложено использовать многомерный вектор изображений диагностических признаков, для определения технического состояния узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин, что позволяет применять для распознавания многослойные нейронные сети.

Метод автоматизированного диагностирования имеет ряд преимуществ. Основное преимущество это возможность автоматизации и уменьшения элементарных операций. Время диагностирования, по сравнению с традиционными методами сокращено в 2-3 раза.

Ключевые слова: топливная аппаратура, виброакустическое диагностирование, техническое состояние, автоматизация, бортовая диагностическая установка.

Yatskovsky V.I.. “Improvement of vibro-acoustic method of diagnostics of a moto-tractor diesel fuel system equipment”.

Thesis being submitted for the scientific degree of a Candidate of Technical Sciences on speciality 05.05.11 – machines and means of mechanization of agricultural production. – Vinnytsia State Agrarian University, Vinnitsia, 2007.

The dissertation is devoted to the substantiation and improvement of vibro- acoustic method of diagnosing of fuel equipment and transmission mechanism of moto-tractor diesels of agricultural machines.

Fs a result of theoretical and experimental research the improved vibro-acoustic method for location of damages in fuel system of diesels and transmission mechanisms of agricultural machinery based on the interrelation of damages in fuel equipment and vibroacceleration of block – crankcase of diesel engines of agricultural machinery is suggested.

Mathematical model, parameters of which are the matrix of polynoms coefficient, determining in numerical form condition of separate units of moto-tractor diesels of agricultural machines has developed.

The essence of automatic diagnosing consists in determining of technical condition of fuel equipments of moto-tractor diesels by recognizing and classifying of the received curves of vibroacceleration of block-crankcase of the engine in a neuron network, the database of which includes the curves of vibroacceleration of the engine’s block-crankcase received by modeling of various damages.

Key words: fuel equipment, vibroacoustic diagnostics, technical condition, automatization, board diagnostic device.