Устройство для диагностирования цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные измерительные преобразователи вибрации 1, коммутатор 2, согласующее устройство 3, блок преобразования 4, блок 4 индикации и сигнализации. Блок преобразования 3 выполнен в виде последовательно соединенных магнитографа 6, нормализатора 7, аналого-цифрового преобразователя 8 и электронно-вычислительной машины 9, причем один из выходов последней связан с одним из входов аналого-цифрового преобразователя . Предложенное устройство реализует способ диагностирования цилиндропоршневой группы, согласно которому в качестве диагностического признака используется максимальное значение амплитудного спектра фрагмента вибросигнала, предварительно сглаженного весовой функцией и отфильтрованного в полосе частоте центром, соответствующей собственной частоте колебаний втулки цилиндра, что позволяет повысить точность оценки технического состояния УПГ ДВС. 1 мл. (Л С

СОЮЗ СОВГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 M 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i (4 (21) 4841785/06 (22) 18,06.90 (46) 23,11,92. Бюл, М 43 (71) Луганский машиностроительный институт (72) С.Н.Самойлов, П.A.Истомин, А.В,I(èéKo, Л.В.Станиславский, О,Р.Игнатов и В,M.ËOбастов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1071936, кл. G 01 M 15/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные измерительные преобразователи вибрации 1, коммутатор 2, согласующее устройство 3, блок преобразования 4, блок 4 индикации и,. ЯЛ, 1777О21А1 сигнализации. Блок преобразования 3 выполнен в виде последовательно соединенных магнитографа 6, нормализатора 7, аналого-цифрового преобразователя 8 и злектронно-вычислительной машины 9, причем один из выходов последней связан с одним из входов аналого-цифрового преобразователя. Предложенное устройство реализует способ диагностирования цилиндропоршневой группы, согласно которому в качестве диагностического признака используется максимальное значение амплитудного спектра фрагмента вибросигнала, предварительно сглаженного весовой функцией и отфильтрованного в полосе частот с центром, соответствующей собственной частоте колебаний втулки цилиндра, что позволяет повысить точность оценки технического состояния УПГ ДВС. 1 ил.

1777021

10

25

35

55

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для диагностирования цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в условиях доводки и эксплуатации.

Известно устройство диагностирования

ЦПГ в частности задира пары поршень-втулка цилиндра ДВС по параметрам. вибрации, содержащее по меньшей мере один измерительный преобразователь., коммутатор, согласующее устройство, паласовой фильтр, блок преобразования и блок индикации и сигнализации, связанные между собой последовательно, Блок преобразования выполнен в виде первого, второго и третьего квадратов, первого и второго фильтра нижних частот, делительного устройства и устройства сравнения, причем первый квадратор подключен к делительному устройству через цепь, содержащую второй квадратор и второй фильтр, соединенные последовательно, и через цепь, параллельную указанной цепи и содержащую первый фильтр и третий квадратор, .соединенные последовательно,а делительное устройство соединено с устройством сравнения. Такое устройство реализует способ диагностирования задира пары поршень-втулка цилиндра ДВС, согласно которому в качестве информативной характеристики вибросигнала, выделенного в окрестности собственной частоты колебаний пары поршень-втулка цилиндра, свидетельствующей о наличии задира, используют статистически осредненную вероятностную характеристику — коэффициент эксцесса плотности распределения вероятностей мгновенных значений вибросигнала с датчика, установленного на втулке цилиндра, Недостатками известного устройства являются значительная доля риска ложного срабатывания при обнаружении задира пары поршень-втулка цилиндра и узкая область функциональных возможностей устройства, ограниченная только диагностированием задира пары поршень-втулка цилиндра. Вероятность ложного срабатывания обусловлена тем, что диагностический признак формируется значениями вибропроцесса в окрестности собственной частоты колебаний пары поршень-втулка цилиндра во временной области, взятыми безотносительно к определенной фазе рабочего цикла

ДВС, Это приводит к тому, что регистрируемые.колебания на собственной частоте пары поршень-втулка цилиндра могут быть возбуждены не в результате взаимодейст. вия трущихся поверхностей пары поршеньвтулка цилиндра, а другими источниками колебаний импульсного характера, например, перекладками поршня, имеющими место на протяжении всего рабочего цикла

ДВС; газодинамическими явлениями, обусловленными процессом сгорания и т,п. К тому же, использование характеристики— коэффициента эксцесса мгновенных значений вибропроцесса, представленного во временной области в качестве диагностического признака, приводит к потере наглядности и трудностям интерпретации (в физическом смысле) диагностической информации. Это не всегда дает достаточно надежную оценку состояния трения поршень-втулка цилиндра, Узкая область функциональных возможностей устройства не позволяет определять другие виды неисправностей ЦП Г. Все вы шеуказан н ые обстоятельства приводят к снижению точности при оценке технического состояния ЦПГ.

Цель изобретения — повышение точности оценки технического состояния ЦПГ путем определения максимального значения амплитудного спектра фрагментов временных реализаций вибросигнала на соответствующей фазе рабочего цикла ДВС, предварительно отфильтрованных в полосе собственной частоты колебаний втулки цилиндра и сглаженных весовой функцией.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для диагностирования цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащем последовательно соединенные измерительные преобразователи вибрации, коммутатор, согласующее устройство, блок преобразования, блок индикации и сигнализации, блок преобразования выполнен в виде последовательно соединенных магнитографа, нормализатора, аналого-цифрового преобразователя и электронно-вычислительной машины, причем один из выходов последней связан с одним из входов аналогоцифрового преобразователя. Внедрение предлагаемого устройства в условиях доводки и эксплуатации ДВС позволяет повысить точность при диагностировании основных конструктивных элементов ЦП Г.

На чертеже приведена структурная схема устройства диагностирования.

Устройство диагностирования цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания содержит измерительные преобразователи вибрации 1, коммутатор 2, согласующее устройство 3, блок преобразования 4 блок сигнализации и индикации, соединенные между собой последовательно. Блок преобразования 4 содержит магнитограф 6, нормализатор 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 и электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 9, соединенные между собой последовательно. Блок индикации и сигнализации 4 содержит дисплей

1777021

10 и сигнализатор 11. образующие между собой параллельную цепь.

Предложенное устройство реализует способ диагностирования ЦПГ, согласно которому иэ регистрируемого вибросигнала

X(t), представленного во временной области

?, выделяется фрагмент Хт() на интервале наблюдения Т с последующей полосовой фильтрацией на центральной частоте, соответствующей собственной частоте колебаний втулки цилиндра. Отфильтрованный вибросигнал Xe(t) сглаживается весовой функцией сг((), т,е. X*(t) = X©(t) a(t). После этого с помощью преобразования Фурье х (} = f X* (t} exp (— j 2 f t} d t о находится амплитудный спектр временной реализации в частотной области .

X(f) = (R (X(f)) + )п (X(f))

В качестве диагностического признака используется величина max{! X(f) I }.

Одним из проявлений ухудшения технического состояния ЦПГ является изменение определенных характеристик регистрируемого вибросигнала, При этом влияние неисправностей того или иного конструктивного элемента ЦПГ проявляется при наблюдении вибросигнала на определенной фазе рабочего цикла ДВС. Например, такой дефект как задир зеркала втулки цилиндра наиболее отчетливо может проявиться при положении поршня в верхней мертвой точке, когда скольжение верхних компрессионных колец по зеркалу цилиндра происходит в режиме граничного или даже сухого трения, т,е. возникает интенсивное взаимодействие трущихся поверхностей. С одной стороны увеличение зазора в паре поршень-втулка цилиндра вызывает повышение энергии соударения перекладывающегося поршня и втулки цилиндра, с другой — увеличение толщины масляной пленки на зеркале цилиндра, связанное с износом поршневых колец, ведет к снижению энергии соударения, Эти факторы, в конечном итоге, повлияют на характер протекания колебательных процессов, возбуждаемых при.перекладке поршня на определенных фазах рабочего цикла

ДВС. Поэтому при обработке вибросигнала необходимо предусмотреть операцию временного стробирования с целью выделения фрагмента временной реализации, на которой проявляется конкретная неисправность

ЦПГ. Ответной реакцией любого воздействия на колебательную систему втулки цилиндра, в том числе связанного с изменением технического состояния конструктивных элементов ЦПГ, является возбуждение свободных колебаний такой системы.: то означает, что диагностическая информация будет концентрироваться в колебаниях, возникающих на определенной собственной частоте системы. Поэтому является естественным представление диагностической информации в частотной области, которое возможно осуществить с помощью преобразования

Фурье, Для увеличения помехозащищенности вибросигнала целесообразно предусС помощью предложенного устройства

20 диагностирование ЦПГ осуществляется следующим образом.

Вибросигнал с одного из измерительных преобразователей вибрации 1, установ25 ленных на втулке цилиндра, через коммутатор 2, согласующее устройство 3 поступает на один из входов магнитографа 6.

Использование магнитографа снимает жесткие требования к быстродействию АЦП, ко30 торое определяет верхнюю граничную частоту спектра анализируемого сигнала, за счет разницы скоростей движения лентопротяжного механизма при записи и воспроизведении, а также позволяет осуществлять

35 долговременное хранение, многократный повторный анализ записанной информации и экономить ресурсы памяти ЭВМ. С одного из выходов магнитографа 6 через нормализатор 7 вибросигнал поступает на один иэ входов АЦП 8. Нормализатор 7 согласует

40 форму и динамический диапазон выходного напряжения манитографа 6 с входным напряжением АЦП 8. По готовности ЭВМ 9 к приему информации подается команда на запуск АЦП 8 от процессора ЭВМ 9 по одно45 му из выходов последней на один из входов

АЦП 8. После получения команды на запуск вибросигнал в цифровой форме с одного иэ выходов АЦП 8 поступает на один из входов

50 ЭВМ 9. Использование ЭВМ 9 позволяет легко адаптировать устройство программным путем к изменению регистрируемых и измеряемых параметров, например, начало и длину фрагмента временной реализации, настройку полосового фильтра на собственную частоту втулки цилиндра данной конструкции и т.n., а также производить необходимые вычисления с высокой точностью, которая достигается при цифровой обработке данных. Далее с помощью

10 мотреть операцию полосовой фильтрации с центральной частотой пропускания, равной собственной частоте колебательной системы втулки цилиндра ДВС. Для снижения степени искажения информации в частот15 ной области, которое возникает при обработке сигналов с конечным интервалом наблюдения, следует применять операцию сглаживания весовой функцией (временным окном) наблюдаемого фрагмента.

1777021

Составитель С.Самойлов

Редактор О.Стенина Техред М.Моргентал Корректор Л,Филь

Заказ 4117 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 программного модуля, находящегося в постоянном запоминающем устройстве 3ВМ

9, производится обработка полученной цифровой информации. Выбирается необходимый участок массива данных, который

:соответствует определенному фрагменту вибросигнала, в котором содержится информация о предполагаемой неисправно. сти ЦПГ, Затем производятся операции полосовой фильтрации, сглаживания и преобразования Фурье полученной временной . последовательности. После этого находится максимальное значение вычисленного амплитудного спектра анализируемого фрагмента вибросигнала и с помощью решающих правил, разработанных на основе теории статистических решений и полученных в конкретном виде на этапе обучающего эксперимента, ставится диагноз.

Полученная информация подается на вход блока индикации и сигнализации 5, где результаты диагностирования высвечиваются на экране дисплея 11, а в случае аварийной ситуации приводится в действие сигнализатор 12.

Формула изобретения

Устройство для диагностирования цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно

10 соединенные измерительные преобрэзователи вибрации. коммутатор, согласующее устройство, блок преобразования, блок индикации и сигнализации, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, 15 блок преобразования выполнен в виде последовательно соединенных магнитографа, нормализатора, аналого-цифрового преобразователя и электронно-вычислительной машины, причем один из выходов послед20 ней связан с одним из входов аналого-цифрового преобразователя,