close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Методика диагностирования автомобильных генераторов по параметрам выходного напряжения

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Пузаков Андрей Владимирович
МЕТОДИКА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ
ГЕНЕРАТОРОВ ПО ПАРАМЕТРАМ ВЫХОДНОГО
НАПРЯЖЕНИЯ
05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта
Автореферат диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Оренбург – 2016
Работа выполнена в федеральном
образовательном
учреждении
высшего
государственный университет» (ОГУ)
государственном бюджетном
образования
«Оренбургский
Научный руководитель -
доктор технических наук, профессор
Филатов Михаил Иванович
Официальные оппоненты:
Козловский Владимир Николаевич,
доктор технических наук, доцент,
ФГБОУ ВО «Самарский государственный
технический университет», заведующий
кафедрой теоретической и общей
электротехники;
Гриценко Александр Владимирович,
доктор технических наук, доцент,
ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный
аграрный университет», доцент кафедры
эксплуатации автотранспорта
и производственного обучения
Ведущая организация -
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный
университет»
Защита диссертации состоится 2 декабря 2016 года в 13:00 часов на
заседании диссертационного совета Д 212.181.02, созданного на базе ФГБОУ
ВО «Оренбургский государственный университет», по адресу: 460018,
г. Оренбург, пр. Победы, 13, ауд. 170215.
С диссертацией и авторефератом диссертации можно ознакомиться в
библиотеке и на сайте (www.osu.ru) ФГБОУ ВО «Оренбургский
государственный университет».
Автореферат разослан «____» октября 2016 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета
Калимуллин Руслан Флюрович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Главную роль в обеспечении электроэнергией
потребителей на автомобилях выполняет генератор. Отказы генераторов
составляют около 21 % всех отказов электрооборудования автомобилей.
Неисправность генератора может повлечь последствия разной тяжести: от
выхода из строя аккумуляторной батареи или электронных устройств до
возникновения дорожно-транспортного происшествия (например, из-за
отключения электроусилителя рулевого управления). В связи с этим возникает
необходимость в получении оперативной и достоверной информации о
текущем состоянии автомобильных генераторов.
Приведённые в нормативной документации методы диагностирования
имеют высокую трудоёмкость (свыше 1,1 чел.-часа) и не позволяют определять
неисправности на ранней стадии развития, вследствие чего, выход генераторов
из строя, как правило, оказывается внезапным, и приводит к существенным
потерям времени из-за простоев автомобиля в ремонте. Диагностирование
генераторов по параметрам выходного напряжения предполагает только
качественную
оценку
получаемых
осциллограмм.
Установление
количественных значений параметров выходного напряжения позволит
повысить информативность диагностирования и оценить остаточный ресурс
автомобильных генераторов.
Таким образом, разработка методики оценки и прогнозирования
остаточного ресурса автомобильных генераторов, а также обоснование
периодичности их диагностирования являются актуальными научными
задачами в обеспечении эффективной эксплуатации автомобильного
транспорта.
Объект исследования - процесс изменения технического состояния
автомобильных генераторов в эксплуатации.
Предмет исследования - закономерности изменения параметров
выходного напряжения автомобильных генераторов в зависимости от их
технического состояния.
Цель работы состоит в повышении эффективности эксплуатации
автомобилей
за
счёт
совершенствования
методов
обеспечения
работоспособности электрооборудования на основе диагностирования
генераторов по параметрам выходного напряжения.
Задачи исследования:
1) выбор и обоснование диагностических параметров на основании
требований, предъявляемых к ним;
2) разработка экспресс-метода диагностирования автомобильных
генераторов по параметру размаха пульсации выходного напряжения;
3) разработка математической модели оценки остаточного ресурса
автомобильных генераторов с учётом условий эксплуатации;
4) разработка методики оценки и прогнозирования остаточного ресурса
автомобильных генераторов с учётом условий эксплуатации;
3
5) практическое использование результатов исследований и оценка их
эффективности.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.
Исследования выполнены с использованием методов математической
статистики, теории вероятностей, численных методов аппроксимации,
физического моделирования. Экспериментальные исследования выполнялись с
использованием как существующих методик и оборудования, так и
разработанных лично автором. Достоверность научных положений работы
обуславливается использованием апробированной методологической базы
исследования, обоснованностью принятых допущений при разработке
расчётных моделей, высокой сходимостью экспериментальных данных с
результатами собственных теоретических исследований и данными других
авторов.
Область исследования соответствует паспорту научной специальности
05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта в областях: п.10 –
Закономерности изменения технического состояния автомобилей, агрегатов и
систем; п.13 – Технологические процессы и организация технического
обслуживания, ремонта и сервиса; методы диагностики технического состояния
автомобилей, агрегатов и материалов.
Положения, обладающие научной новизной, выносимые на защиту:
- выявленные и теоретически и экспериментально обоснованные
закономерности, отражающие связь между структурными и диагностическими
параметрами автомобильных генераторов;
- экспресс-метод диагностирования автомобильных генераторов по
параметру размаха пульсации выходного напряжения, позволяющий
определить не только наличие неисправностей обмоток и диодов выпрямителя,
но и степень их развития;
- математическая модель, позволяющая оценить остаточный ресурс
автомобильных генераторов и влияние на него наработки и температуры
окружающего воздуха;
- методика оценки и прогнозирования остаточного ресурса автомобильных
генераторов, построенная на результатах диагностирования и оценке условий
эксплуатации автомобиля, впервые учитывающая величину размаха пульсации
выходного напряжения.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость
заключается в установлении начального, допустимого и предельного значений
предлагаемого диагностического параметра – размаха пульсации выходного
напряжения, позволяющего оценить остаточный ресурс автомобильных
генераторов. Практическая ценность состоит в обосновании периодичности
диагностирования автомобильных генераторов, а также разработке методики
оценки и прогнозирования остаточного ресурса, которая позволила повысить
эффективность эксплуатации автомобилей за счёт снижения простоев.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы
используются при диагностировании, техническом обслуживании и ремонте
4
автомобилей в автосервисных предприятиях ЗАО «Лада-Сервис», ФКУ «ЦХ и
СО» УМВД России по Оренбургской области, а также в учебном процессе
ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет».
Апробация работы. Результаты работы обсуждались и получили
одобрение на следующих международных и национальных научных
конференциях: «Повышение эффективности эксплуатации автотранспортных
средств на основе современных методов диагностирования» (Иркутск, 2007 г.);
«Прогрессивные технологии в транспортных системах» (Оренбург, 2011 г.);
«Перспективные направления развития автотранспортного комплекса» (Пенза,
2014, 2015 гг.); «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных
средств» (Пенза, 2014, 2015 гг.); «Транспортные и транспортнотехнологические системы» (Тюмень, 2015, 2016 гг.); «Инновации и
исследования в транспортном комплексе» (Курган, 2015 г.); «Наука и
образование: фундаментальные основы, технологии, инновации», (Оренбург,
2015 г.); «Автомобильный транспорт сегодня: проблемы и перспективы»
(Воронеж, 2015 г.); «Актуальные направления научных исследований XXI века:
теория и практика» (Воронеж, 2015 г.); «Информационные технологии и
инновации на транспорте» (Орел, 2016 г.); на научных семинарах кафедр
«Автомобильный транспорт» и «Техническая эксплуатация и ремонт
автомобилей» ОГУ (2012-2016 гг.)
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 20
работ, в числе которых 8 статей в ведущих рецензируемых научных журналах,
входящих в «Перечень…» ВАК, 12 статей в сборниках материалов научных
конференций.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх
разделов с выводами, заключения, списка использованных источников из 181
наименования и приложений, и содержит 185 страниц, в том числе 46 рисунков
и 14 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении приведены обоснование актуальности темы, цели и задачи
исследования, представлены научная новизна и практическая значимость
полученных результатов и основные положения, выносимые на защиту.
В первом разделе выполнен анализ состояния вопроса. Анализ причин
возникновения неисправностей автомобильных генераторов показал, что
только 29% неисправностей связаны с механической частью генератора, а
остальные вызваны отказами электрических элементов. Наибольшее влияние на
техническое состояние и ресурс работы автомобильных генераторов, оказывает
значение температуры подкапотного пространства. По результатам
исследований, наработка на отказ для генераторов легковых автомобилей
составила в среднем 159,2 тыс. км.
Закономерности изменения технического состояния электрооборудования
автомобилей в процессе эксплуатации рассмотрены в работах А.В. Акимова,
5
Б.А. Данова, Н.М. Ильина, В.Н. Козловского, В.В. Литвиненко, В.А. Набоких,
А.Г. Сергеева, Д.А. Соснина, Ю.Л. Тимофеева, А.М. Резника, Ю.П. Чижкова,
В.Е. Ютта, В.Ф. Яковлева, A. Scacchioli, P. Pisu, G. Rizzoni, X. Zhang, H. Uliyar,
L. Farfan-Ramos, Y. Zhang, M. Salman и других. В трудах В.Н. Козловского и
его учеников обосновано влияние на выходные характеристики точности
сборки и отклонений размеров рабочей зоны генераторов. Влияние
климатических условий на работоспособность системы электроснабжения
рассмотрено в работах, выполненных под руководством В.Е. Ютта. В
исследованиях
под
руководством
А.Г.
Сергеева
рассматривается
метрологическое
обеспечение
диагностирования
электрооборудования
автомобилей. Работы зарубежных исследователей предполагают установку на
автомобильные генераторы дорогостоящих датчиков, отслеживающих «Stateof-Health» (состояние работоспособности). Несмотря на большое количество
работ, посвящённых автомобильным генераторам, прогнозированию их
состояния в эксплуатации уделено недостаточное внимание. Кроме того,
предлагаемые в указанных работах методы диагностирования технического
состояния автомобильных генераторов не позволяют выявить неисправности на
ранней стадии развития.
На основании анализа работ проведён выбор и обоснование основных
диагностических и структурных параметров автомобильных генераторов,
позволяющих оценить их техническое состояние. Анализ структурноследственной схемы генератора показал, что наиболее информативными
диагностическими параметрами, позволяющими оценить его техническое
состояние в условиях эксплуатации, являются величина и форма выходного
напряжения, оцениваемые средним значением ( U d ) и размахом пульсации
( U ) соответственно.
Учёт влияния условий эксплуатации и значений диагностируемых
параметров принят за основу для разработки методики оценки и
прогнозирования остаточного ресурса автомобильных генераторов.
Второй раздел содержит теоретическое обоснование закономерностей
взаимосвязи структурных и диагностических параметров автомобильных
генераторов и описание разработанной математической модели, позволяющей
оценить влияние на остаточный ресурс автомобильных генераторов наработки
и температуры окружающего воздуха.
Аналитические исследования, направленные на установление взаимосвязи
структурных и диагностических параметров позволили установить, что среднее
значение ( U d ) и размах пульсации ( U ) выходного напряжения обусловлены
величиной электрического сопротивления обмотки статора ( rc ) и
полупроводниковых диодов ( rÄ ) автомобильного генератора.
В общем случае, среднее значение выходного напряжения генератора,
описывается выражением:
(1)
U d  1  rc  2  rÄ /  rc  rÄ  ,
где U d – среднее значение напряжения, В;
6
rc – сопротивление обмотки статора, Ом;
rÄ – сопротивление диода в прямом направлении, Ом;
1 ,  2 – коэффициенты, не зависящие от rc и rÄ , определяемые скоростным
и нагрузочным режимами работы генератора соответственно.
Размах пульсации напряжения генератора:
(2)
U  1  2  U d ,
где U – размах пульсации напряжения генератора, В;
1 , 2 – коэффициенты, определяемые техническим состоянием генератора.
Из выражений (1) и (2) следует, что возникновение неисправностей,
связанных с изменением электрического сопротивления обмотки статора и
полупроводниковых диодов приводит к уменьшению среднего значения и
росту размаха пульсации выходного напряжения, что способствовало
обоснованию выбора в качестве диагностического параметра размаха
пульсации напряжения.
Приспособленность
автомобильного
генератора
к
изменению
электрических сопротивлений его элементов под воздействием температуры
окружающего воздуха t  и наработки L характеризует интенсивность
изменения ресурса U S .
Интенсивность изменения ресурса от температуры окружающего воздуха и
наработки, на основании анализа ранее выполненных исследований
Л.Г. Резника, может быть представлена следующими зависимостями:
U S  1  2  t  3  tÂ2 ,
(3)
(4)
U S  1   2  L ,
где 1,  2  f  t  ; 1, 2 , 3  f (t ) – относительные параметры чувствительности
интенсивности изменения ресурса к наработке и температуре окружающего
воздуха.
В реальных условиях эксплуатации температура окружающего воздуха,
наработка и другие эксплуатационные факторы изменяются независимо друг от
друга, следовательно, возникает необходимость разработки многофакторной
математической модели, учитывающей совокупное влияние этих факторов.
Для получения многофакторной модели необходимо найти такие
сочетания значений t  и L из выражений (3) и (4), при которых величина
интенсивности изменения ресурса генератора будет совпадать, то есть:
1   2  L  1  2  t  3  tÂ2 .
(5)
Для определения коэффициентов, входящих в выражение (5) найдём
третью производную от левой части равенства по . Тогда имеем:
1' t   '2t  L  2  2 3  t ,
(6)
''
''
1tt   2tt  L  2 3 ,
(7)
1"'ttt  "'2ttt  L  0 .
(8)
Из последнего тождества следует, что:
7
1"'ttt  0 ;
"'2ttt  0 .
Интегрируя эти дифференциальные уравнения, подставляя значения
полученных коэффициентов в выражение (5) и проведя преобразования,
получим выражение интенсивности изменения ресурса автомобильного
генератора от температуры окружающего воздуха и наработки в следующем
виде:
(9)
U S   2    L  1  t  3  tÂ2
где 1,  2 , 3 ,  – коэффициенты, зависящие от конструктивных и
технологических особенностей автомобильного генератора.
Для практического использования вместо оценки U S по выражению (9)
следует использовать её значение на интервале U S , и после преобразований
уравнение (9) принимает вид:
2
U S  1   2   t  t0   t2   3  L ,
(10)


где t , t2 – соответственно среднее значение температуры окружающего
воздуха и её дисперсия за рассматриваемый период, ºС;
t 0 – температура окружающего воздуха, соответствующая минимальной
интенсивности изменения ресурса автомобильного генератора, ºС;
1 , 2 , 3 – константы математической модели.
Эффективное использование автомобильных генераторов возможно при
наличии информации об остаточном ресурсе не только на момент
диагностирования, но и об его изменении на предстоящем интервале пробега.
В реальных условиях эксплуатации остаточный ресурс автомобильного
генератора необходимо корректировать коэффициентом адаптации K ,
показывающим, во сколько раз среднее значение интенсивности изменения
ресурса генератора при данных условиях эксплуатации на интервале пробега
отличается от его минимального значения U 0 :
(11)
K  U S / U0 ,
где K – коэффициент адаптации;
U 0 – минимальное значение интенсивности изменения ресурса, %.
Из выражения (10) следует, что величина интенсивности изменения
ресурса будет минимальна при следующих условиях эксплуатации:
t  t0 , t  0 , L  0 следовательно, U 0  1
Величина остаточного ресурса RS автомобильного генератора на момент
диагностирования определяется текущим SÒ и предельным S Ï Ð значением
диагностического параметра:
(12)
RS  (S Ï Ð  SÒ ) / S Ï Ð ,
где R S – остаточный ресурс работы автомобильного генератора, %.
Математическая модель остаточного ресурса автомобильного генератора с
учётом условий эксплуатации:
8
RS 
1
.
(13)
2
2

1   2   t  t0   t  3  L


Полученная модель учитывает техническое состояние автомобильного
генератора на момент диагностирования и степень его изменения от условий
эксплуатации на интервале пробега.
В третьем разделе представлены программа, методика и результаты
экспериментальных исследований, которые проводились с целью получения
данных о динамике технического состояния автомобильных генераторов для
определения значений параметров математических моделей (10) и (13), а также
получения численных значений диагностического параметра – размаха
пульсации выходного напряжения генераторов при их различном техническом
состоянии.
Физическое моделирование неисправностей проводилось на лабораторном
стенде, обеспечивающем плавное изменение частоты вращения ротора
генератора (0 – 4000 об/мин) и тока нагрузки (0 – 50 А). Для измерения
указанных значений использовались измерительные приборы класса точности
1,5.
К выводам элементов генератора (рис. 1) присоединяли реостат, с
помощью которого имитировалось короткое замыкание (параллельное) или
обрыв цепи (последовательное) подключение.
Для каждого из фиксированных значений сопротивления реостата
( rÍ  0,01  16,4 Ом)
с
помощью
осциллографа
определялись
среднее
значение и размах пульсации
S1
выходного напряжения (U d ,
U )
и
записывались
осциллограммы.
В табл. 1 описаны
пределы
изменения
диагностических параметров
на
начальной,
В1 – датчик частоты вращения, G1 – испытываемый промежуточной и конечной
генератор, GB1 –
аккумуляторная батарея, стадиях
развития
М1 – электродвигатель, QF1 – автоматический вы- неисправности, имитируемой
ключатель,
pA1
pA3
–
амперметры,
изменением
структурного
pV1 – вольтметр, pN1 – тахометр, pS1 – осциллограф,
параметра
(электрического
R1 – лабораторный реостат, S1 – выключатель АКБ
Рис. 1 – Принципиальная схема лабораторного стенда сопротивления).
Для
определения
текущего значения остаточного ресурса автомобильных генераторов по
выражению (12) необходимо знать предельное значение диагностического
параметра S Ï Ð (U Ï Ð ) . В процессе имитации неисправностей максимально
9
возможное
значение
S Ï Ð (U Ï Ð ) =18,4 В.
размаха
пульсации
напряжения
составило
Табл. 1 – Диапазон возникновения и развития неисправностей автомобильных
генераторов (на примере межвиткового замыкания фазы статора)
Значения параметров
Наименование неисправности
Промежуточная
Начальная стадия
Конечная стадия
стадия
Межвитковое замыкание фазы статора
Форма осциллограммы
Среднее значение напряжения, В
Размах пульсации напряжения, В
Электрическое сопротивление, Ом
14,4
6,0
>10,0
14,4 – 13,8
6,0
10,0 – 1,9
13,8 – 12,2
6,0 – 9,2
1,9 – 0,3
Для определения влияния климатических и эксплуатационных факторов на
температуру генераторов, а значит, согласно (10) на остаточный ресурс были
проведены экспериментальные исследования, по результатам которых тепловое
состояние генераторов представим многофакторной моделью:
t à  54,697  1,8653  t  0,019  tÂ2  1,0417  I Ï Î ÒÐ  0,2637  a , (14)
где t à – температура генератора, ºС;
t  – температура окружающего воздуха, ºС;
I Ï Î ÒÐ – ток потребителей, А;
a – скорость движения автомобиля, км/ч.
Графически выражение (14) представлено в виде поверхности отклика
(рис. 2) для температуры окружающего воздуха tÂ1  10 ºС и t 2  38 ºС.
а)
б)
Рис. 2 – Зависимость температуры генератора от климатических и эксплуатационных факторов (а) t В1  10 ºС (б) t В 2  38 ºС
10
Генератор на автомобиле включён
параллельно
аккумуляторной
батарее,
оказывающей на выходное напряжение
сглаживающее
воздействие,
снижая
информативность
размаха
пульсации
напряжения. При проведении испытаний на
автомобилях генератор предварительно
отключали от аккумуляторной батареи (рис.
3), фиксировали среднее значение и размах
пульсации
выходного
напряжения
с
одновременным
учётом
температуры
окружающего воздуха t , t и наработки.
Рассматриваемый метод можно отнести
В+ – силовой вывод генератора,
экспресс-методам
на
основании
D+ – вывод на контрольную лам- к
пу, G – автомобильный генератор, минимальной трудоёмкости (3 чел.-мин.) и
GB – аккумуляторная батарея, PS ограниченного
числа диагностируемых
– переносной осциллограф
параметров (среднее значение и размах
пульсации
выходного
напряжения).
Рис. 3 – Предлагаемая схема проРезультаты диагностирования генераторов
ведения диагностирования генеданным методом приведены в табл. 2.
ратора на автомобиле
Регрессионный анализ полученных
данных позволил определить коэффициенты математической модели (10),
значение температуры окружающего воздуха
, соответствующей
минимальной интенсивности изменения ресурса, и получить выражение:
2
(15)
U S  0,06207  3,6  106  t  4,67   t2   9,44  105  L.


Табл. 2 - Результаты диагностирования генераторов
1000
12800
38700
52900
84400
Среднее значение напряжения, В
14,0
14,2
14,0
14,6
14,4
Размах пульсации напряжения, В
2,4
3,0
4,0
4,4
4,4
6. ВАЗ 2172
100000
14,2
8,6
7. ВАЗ 2114
8. ВАЗ 2115
119023
145500
14,0
14,4
4,6
6,6
9. ВАЗ 2114
160000
15,6
18,4
……
73. ВАЗ 2123
…..
270000
…..
14,8
…..
5,8
Марка, модель
автомобиля
Пробег автомобиля, км
1. ВАЗ 2172
2. Lada Ларгус
3. ВАЗ 2111
4. Lada Калина
5. Lada Калина
Диагноз
Исправен
Исправен
Исправен
Исправен
Исправен
Межвитковое замыкание обмотки статора
Исправен
Исправен
Короткое замыкание
диода
…..
Исправен
11
Уравнение регрессии подвергли статистическому исследованию.
Численное значение коэффициента детерминации составило 0,906, что
указывает на достаточную полноту учёта факторов в модели и подтверждает
результаты предварительного отбора. Адекватность полученного уравнения
регрессии проверяли по критерию Фишера с доверительной вероятностью 0,95.
Изменение величины остаточного ресурса автомобильных генераторов по
результатам производственных испытаний представлено на рис. 4.
Рис. 4 – Зависимость остаточного ресурса от наработки генератора и температуры
окружающего воздуха
В результате экспериментальных исследований установлены начальное,
предельное и допустимое значения размаха пульсации выходного напряжения,
а также определены коэффициенты математической модели остаточного ресурса на основе диагностирования N = 73 автомобильных генераторов в процессе эксплуатации.
В четвёртом разделе представлено описание методики оценки и прогнозирования остаточного ресурса генераторов с учётом условий эксплуатации,
разработанной на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, изложенных ранее.
Методика прогнозирования остаточного ресурса генераторов базируется
на результатах диагностирования.
Определение остаточного ресурса генератора по выражению (15) возможно, если момент диагностирования совпадает с началом месяца, интервал
прогнозирования соответствует месячному пробегу автомобиля  L  lÌ  и при
этом температура окружающего воздуха и её среднеквадратичное отклонение
соответствует среднемесячным значениям. Для прогнозирования при переменном шаге  L  var  и дате диагностирования, не совпадающей с началом месяца, был построен универсальный алгоритм определения величины U S на заданном интервале:
p   n  1 2
p
U Sn  U S1   U1 
  U1  ...   pU1 ,
(16)
1!
2!
12
U1  U Si1  U Si ; Ui1  U Si 2  U SI 1 ; 2Ui  Ui 1  Ui .
где U Sn – изменение ресурса автомобильного генератора на n-ом интервале, %.
Прогнозирование ресурса генератора по выражению (16) при любом интервале пробега L в реальном диапазоне изменения факторов t , t и при шаге пробега li  var проиллюстрировано на рис. 5.
Прогнозирование ведётся на заданную дату,
первый шаг пробега li берётся таким, что конец этого шага приходится на
начало следующего месяца,
последний шаг ln соответствует пробегу от начала
месяца до конечной даты
прогноза.
Все остальные шаги
li соответствуют среднеДн – дата диагностирования генератора, Дк – конечная месячным пробегам автодата прогноза, I – IV – месячные интервалы
мобиля.
Рис. 5 – Прогнозирование изменения ресурса генераВ этом случае изменетора с заданным интервалом
ние ресурса генератора
определяется следующим образом:
2
U S1  0,06207  3,6  106  t  4,67   t2   9,44  105  Li


2
U S 2  0,06207  3,6 106  t  4,67   t2   9,44 10 5  li'
(17)


2
U S 3  0,06207  3,6  106  t  4,67   t2   9,44  105  (li'  l2 ) .


Числовые значения коэффициентов выражения (17) определены по методу
наименьших квадратов.
Если начало или конец шага пробега не совпадает с началом месяца, величина интервала рассчитывается по формулам:
Ä  Äi
Ä
;
(18)
lÍ  lÌ  Ê
lÊ  lÌ  i ,
ÄÊ
ÄÊ
где lÍ – наработка, соответствующая первому шагу пробега, км;
lÊ – наработка, соответствующая последнему шагу пробега, км;
Ä i – количество дней в месяце, соответствующих началу или концу прогноза соответственно на первом и последнем шаге;
Ä Ê – количество дней к-того месяца;
lÌ – среднемесячный пробег автомобиля, км.
Для вычислений интенсивности изменения ресурса по выражениям (17)
необходимы значения среднемесячной температуры окружающего воздуха tÂi и
13
её среднеквадратическое отклонение. Изменение tÂi за ряд лет носит циклический характер, и регрессионная зависимость изменения tÂi в течение года (на
примере г. Оренбурга) рассчитывается по выражению:


(19)
tÂi  2,7316  20,374  cos Pi  4,714  sin Pi ,
6
6
где Pi – порядковый номер месяца
Проверка точности вышеприведённой методики показала, что погрешность определения остаточного ресурса генератора на интервале пробега, соответствующего техническому обслуживанию легковых автомобилей, составляет
3,5 %.
Величину наработки начала постоянного диагностирования определим при
помощи экономико-вероятностного метода. Целевая функция издержек на диагностирование генератора в зависимости от периодичности диагностирования
на тыс. км пробега L имеет вид:
(20)
C ( L)  L1   B  A  pa ( L)  D  (t Ä  ta  pa ( L))   min ,
где B – затраты на одно диагностирование, р.;
A – затраты на аварийный ремонт генератора, р.;
D – удельная чистая прибыль, приносимая автомобилем за 1 ч. эксплуатации, р./ч.;
pa ( L) – автомобили, для которых будет произведён аварийный ремонт на
пробеге ;
t Ä – время на одно диагностирование генератора, ч.;
ta – время, отведённое на аварийный ремонт генератора, ч.;
Периодичность первого диагностирования, согласно выражению (20), составила
100 тыс. км. пробега (рис. 6).
Корректируя полученное значение с
установленной
периодичностью
технического обслуживания (для автомобилей
ВАЗ она составляет LÒÎ  15 тыс. км), окон-
чательно получаем L1Ä  105 тыс. км.
Периодичность последующих диагностирований определена методом допустимой вероятности безотказной работы:
(21)
LÄ  2  1  pÒ  /   1  pÒ  ,
где pÒ – вероятность безотказной работы;
 – параметр потока отказов в заданном
интервале наработки, ед./тыс. км.
Для вероятности безотказной работы
pÒ  0,9 получено LÄ  29,04 тыс. км.
Рис. 6 – Обоснование периодичности диагностирования автомобильных генераторов
14
Для повышения эффективности эксплуатации автомобилей рекомендуется проводить первое диагностирование при наработке L1Ä  105 тыс. км. и далее
постоянно, с установленной периодичностью LÄ  30 тыс. км.
Экономический
эффект
применения
предлагаемого
метода
диагностирования составляет 494 р. в расчёте на один автомобиль.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
1. В диссертационной работе изложены новые научно обоснованные технологические разработки в области обеспечения работоспособности электрооборудования автомобилей на основе оценки и прогнозирования остаточного ресурса генераторов по параметрам выходного напряжения.
2. Наиболее информативным диагностическим параметром, изменяющимся как при возникновении неисправностей, так под воздействием условий
эксплуатации является размах пульсации выходного напряжения, величина которого в процессе эксплуатации изменяется от ΔU = 1,9 В (начальное значение)
до ΔU = 18,4 В (предельное значение).
3. Разработана математическая модель оценки остаточного ресурса автомобильных генераторов, которая, в отличие от существующих, учитывает
изменение наработки и температуры окружающего воздуха. Значение коэффициента детерминации составило 0,906, что указывает на достаточную полноту
учёта факторов в модели.
4. Предложен экспресс-метод определения технического состояния генератора по параметру размаха пульсации выходного напряжения. Данный метод повысил достоверность определения неисправностей на ранней стадии развития до 92 %.
5. Разработан алгоритм и программа оценки и прогнозирования остаточного ресурса автомобильных генераторов, где впервые учтена величина размаха пульсации выходного напряжения. Для обнаружения скрытых отказов генераторов легковых автомобилей необходимо проводить первое диагностирование предлагаемым методом через 105 тыс. км пробега (или 7 лет эксплуатации), а в дальнейшем каждые 30 тыс. км пробега (или 2 года эксплуатации).
6. Применение предлагаемого метода диагностирования, и разработанной
на его основе методики оценки и прогнозирования остаточного ресурса
позволяет получить годовой экономический эффект 494 р. в расчёте на 1
автомобиль.
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ
ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
- в рецензируемых научных журналах из «Перечня…» ВАК:
1.
Пузаков,
А.В.
Обоснование
диагностических
параметров
автомобильных генераторных установок /А.В. Пузаков // Вестник Оренбургского
государственного университета. – 2014. – №10. – С. 158-163.
15
2.
Пузаков,
А.В.
Математическая
модель
работоспособности
автомобильного генератора / А.В. Пузаков // Вестник Оренбургского
государственного университета. – 2015. – №4. – С. 102-106.
3.
Пузаков, А.В. Экспресс-метод диагностирования автомобильных
генераторов /А.В. Пузаков, М.И. Филатов // Научное обозрение. – 2015. – №16.
– С. 190-198.
4.
Пузаков, А.В. Имитирование неисправностей как инструмент
диагностирования автомобильных генераторов /М.И. Филатов, А.В. Пузаков //
Автомобильная промышленность. – 2016. – №01. – С. 22-26.
5.
Пузаков, А.В. Обоснование параметров оценки технического состояния
автомобильных генераторов на основе моделирования неисправностей /
М.И. Филатов, А.В. Пузаков // Грузовик. – 2016. – №01. – С. 25-29.
6.
Пузаков, А.В. Разработка математической модели оценки остаточного
ресурса автомобильного генератора /А.В. Пузаков, М.И. Филатов // Интеллект.
Инновации. Инвестиции. – 2016. – №3. – С. 141-144.
7.
Пузаков, А.В. Методика определения тепловой напряжённости
автомобильного генератора / А.В. Пузаков, М.И. Филатов, Н.Н. Ларионов // Научное
обозрение. – 2016. – №10. – С. 118-130.
8.
Пузаков, А.В. Методика оценки и прогнозирования остаточного ресурса
автомобильных генераторов /М.И. Филатов, А.В. Пузаков // Автотранспортное
предприятие. – 2016. – №8. – С. 48-50.
- в прочих изданиях:
9.
Пузаков, А.В. Метод диагностики генераторных установок /
А.В. Пузаков // Повышение эффективности эксплуатации автотранспортных средств
на основе современных методов диагностирования: материалы междунар. научн.практ. конф.- Иркутск: ИрГТУ, 2007.– с.197-199
10. Пузаков, А.В. Совершенствование диагностики генераторных установок
автомобилей / А.В. Пузаков, Е.В. Бондаренко, А.М. Федотов // Прогрессивные
технологии в транспортных системах: материалы Х междунар. научн.-практ. конф. –
Оренбург: ОГУ, 2011. – С. 246-249.
11. Пузаков,
А.В.
Исследование
эксплуатационной
надёжности
автомобильных генераторных установок / А.В. Пузаков // Перспективные
направления развития автотранспортного комплекса: сборник статей VIII
Международной научно-производственной конференции / МНИЦ ПГСХА. – Пенза:
РИО ПГСХА, 2014. – С. 87-91.
12. Пузаков, А.В. Разработка диагностической матрицы автомобильной
генераторной установки /А.В. Пузаков // Транспортные и транспортнотехнологические системы: материалы Международной научно-технической
конференции. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. – С. 289-294.
13. Пузаков, А.В. Моделирование неисправностей автомобильного
генератора /А.В. Пузаков // Инновации и исследования в транспортном комплексе:
Материалы III Международной научно-практической конференции. Часть I (в двух
частях) – Курган, 2015 – С. 280-283.
14. Пузаков, А.В Аппаратно-программный комплекс для оценки
технического состояния автомобильных генераторов /А.В. Пузаков, Н.Н. Ларионов
//Сборник материалов Международной научной конференции «Наука и образование:
фундаментальные основы, технологии, инновации», посвящённой 60-летию
16
Оренбургского государственного университета. – Оренбург: ООО ИПК
«Университет», 2015 – С. 115 – 119.
15. Пузаков, А.В. Апробация методики диагностирования автомобильных
генераторов в условиях сервисного предприятия / А.В. Пузаков, М.И. Филатов
//Сборник материалов Международной научной конференции «Наука и образование:
фундаментальные основы, технологии, инновации», посвящённой 60-летию
Оренбургского государственного университета. – Оренбург: ООО ИПК
«Университет», 2015 – С. 120 – 124.
16. Пузаков
А.В.
Экспериментальное
установление
зависимости
напряжения автомобильного генератора от натяжения приводного ремня /
А.В. Пузаков, Н.Н. Ларионов //Сборник научных трудов по материалам
международной
заочной
научно-практической
конференции
«Актуальные
направления научных исследований XXI века: теория и практика» № 4 ч.1. –
Воронеж: ООО ИПЦ «Научная книга», 2015 – С. 201-205
17. Пузаков, А.В. Диагностирование генераторов автомобилей ВАЗ в
условиях сервисного предприятия /А.В. Пузаков, Н.Н. Ларионов //Сборник научных
трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции
«Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика» № 5
ч.3. – Воронеж: ООО ИПЦ «Научная книга», 2015 – С. 74-77
18. Пузаков, А.В. Влияние условий эксплуатации на ресурс работы
автомобильных генераторов /А.В. Пузаков //Перспективные направления развития
автотранспортного комплекса: сборник статей IX Всероссийской научнопроизводственной конференции. /МНИЦ ПГСХА. – Пенза: РИО ПГСХА, 2015.
– С. 69-72
19. Пузаков, А.В. Экспериментальное определение тепловой напряжённости
автомобильного генератора в лабораторных условиях /А.В. Пузаков, Н.Н. Ларионов //
Транспортные и транспортно-технологические системы: материалы Международной
научно-технической конференции. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2016. – С. 269-273.
20. Пузаков, А.В. Теоретические аспекты определения допустимого
значения диагностического параметра автомобильного генератора /А.В. Пузаков,
М.И. Филатов // Информационные технологии и инновации на транспорте.
Материалы 2-ой Международной научно-практической конференции, под общей
редакцией д.т.н., проф. А.Н. Новикова (17 - 18 мая 2016 года, ФГБОУ ВО «ОГУ
имени И.С. Тургенева»). – Орел: ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева», 2016.
- С. 228-236
17
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
43
Размер файла
914 Кб
Теги
методика, автомобильная, диагностирования, напряжения, генератор, параметры, выходного
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа