Устройство для определения технического состояния цилиндропоршневой группы дизельного двигателя и гидравлических насосов Российский патент 2024 года по МПК G01M15/00 F02M65/00 

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к диагностированию технического состояния цилиндропоршневой группы (ЦПГ) дизельного двигателя (ДД), аксиально-поршневых и шестеренных гидравлических насосов (ГН) при их мониторинге технического состояния, контроле качества ремонта, ресурсном диагностировании узлов и агрегатов в мобильных энергетических средствах (МЭС).

Техническое состояние ЦПГ ДД, ГН, в тесно связано с внешними и внутренними утечками картерных газов (КГ) и рабочих жидкостей (РЖ) из-за наличия неплотностей, которые в свою очередь, можно характеризовать с величинами пульсаций: давления КГ в полости ДД и давления РЖ в напорной ГН. Изменение пульсаций можно характеризовать по динамике изменения амплитуд физических величин в виде коэффициента пульсации, что позволит оценивать величину структурных параметров (износа) ДД и ГН по отношению определенному критерию, который характеризует состояние узлов и агрегатов МЭС. Так как амплитуда пульсации является взаимосвязной функцией параметров диагностируемых объектов, то для диагностирования технического состояния и оценки коэффициента пульсации делений необходимо контролировать параметры температуры КГ и РЖ и частоты вращения, которые объекты имеют в условиях при реальной эксплуатации.

Известно, что использование анализа амплитуды пульсации давлений в качестве диагностического параметра при оценке структурных параметров технического состояния, так в книге Технические средства диагностирования: Справочник/В.В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева.- М.: Машиностроение, 1989.-672 с., стр. 529 и 641-643.

На стр. 641-643 представлена информация по возможности оценки технического состояния цилиндропоршневой группы при оценке по величине пульсаций давления газов, прорывающихся в картер двигателя с использованием датчика для оценки амплитуды пульсаций давления. По представленным осциллограммам процесса даются пояснения, по определению исправного и неисправного состояние, которое характеризуется по наличию или отсутствию равномерных по амплитуде пульсаций давления при прокрутке коленчатого вала двигателя.

На стр. 529 представлена информация по возможному использованию метода амплитудно-фазовых характеристик для оценки общего технического состояния и локализации неисправностей гидравлических насосов. Согласно данной публикации износ плунжерных пар гидравлического насоса и других систем, где работа, которых сопровождается значительными колебаниями давления, возможно, оценивать по коэффициенту пульсации.

В книге Харазов А.М. Техническая диагностика гидроприводов машин. -М.: Машиностроение, 1979.-112 с., ил.

На стр. 47-50 представлены способы и приборы оценки пульсаций давления. Автор при этом указывает, что пульсация давления как диагностический параметр несет большую информацию по состоянию зазора в шатунно-поршневой группе аксиально-поршневых насосов. В стационарных условиях для измерения амплитуды пульсации автор рекомендует использования осциллограф, типа С1-19Б, С1-20, а для оценки технического состояния в условиях эксплуатации в публикации описываются приборы со стрелочной и светодиодной индикацией. Однако автор не приводит их марки, производителя и внешний вид, а только общие технические характеристики.

К общим недостаткам можно отнести отсутствие возможности или сложности использования их в условиях эксплуатации за счет использования показывающих приборов, которые могут использующихся только в исследовательских целях, а также детекторов имеющих стрелочное показывающее устройство, чувствительное к внешним вибрациям. Кроме того, известное устройство могут информировать о достижении пороговых значений пульсации, но не показывают численное значение коэффициента пульсации, а так же не предоставляют оператору одновременно дополнительную информацию в качестве исходной: температура, частота вращения, что может привести при оценке технического состояния к ошибке из-за несоблюдения процедуры диагностирования.

Известно устройство для определения технического состояния цилиндропоршневой группы дизельного двигателя по параметрам картерных газов, выбранное в качестве прототипа, (авторское свидетельство RU 108141 U1, МПК G01L 13/00, 2006 г.), включающее средство измерения давления картерных газов дизельного двигателя выполненного в виде датчиков давления температуры, частоты вращения, установленных в адаптеры для определения расхода и деления КГ и средства индикации результатов измерений.

С помощью известного устройства, дифференциальные датчики расхода которого устанавливаются на маслоналивную горловину, а пьезоэлектрический датчик подключается к топливопроводу. Для нормального функционирования данного устройства требуется подключение используемых датчиков к маслозаливной горловине двигателя и произвести герметизация сапуна дизельного двигателя, что не позволяет проводить оценку технического состояния в процессе эксплуатации техники. Кроме того, известное устройство оценивает уровень пульсации только в графическом виде и не дает количественное значение в виде коэффициента пульсации, что не обеспечивает выявления пороговых величин изменения технического состояния.

Недостатками известного устройства нельзя использовать для оценки амплитуды пульсации РЖ ГН, так как может использоваться только для оценки параметров КГ дизельного двигателя из-за используемых адаптеров и датчиков. Кроме того, оно не позволяет оценивать частоту вращения объектов диагностирования и оператору приходится использовать дополнительный датчик, это в свою очередь не позволяет оператору определять частоту вращения современных конструкций и полностью характеризовать коэффициент пульсации КГ в зависимости от скоростного режима дизельного двигателя. Известное устройство оценивает только текущую температуру КГ и не представляет оператору анализ данных по температурным диапазонам в процессе эксплуатации, необходимых для глубокой качественной оценки технического состояния ЦПГ, и не может передавать данные на телеметрический терминал из-за отсутствия интерфейсного разъема.

Технической задачей настоящей изобретения является - повышение точности диагностирования при определении технического состояния и режимов работы двигателя и гидравлических насосов, получение исходных данных для расчета их остаточного ресурса за счет определения коэффициентов пульсации картерных газов и рабочей жидкости и рекомендуемых температурных диапазонов при эксплуатации в численном виде для каждого типа, которое осуществляется за счет возможности программирования, а при эксплуатации МЭС на аварийных режимах сигнализации оператору и передачу сигнала на телеметрический терминал для фиксации события.

Технический результат достигается тем, в что устройство для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигательного двигателя и гидравлических насосов, включающее средство измерения давления картерных газов дизельного двигателя, выполненное в виде датчиков низкого давления и температуры, установленных в адаптер, средства индикации результатов измерений в виде цифрового дисплея, микроконтроллер и аккумулятор, согласно изобретению снабжено дополнительным адаптером высокого давления с датчиками высокого давления и температуры, адаптеры связаны с микроконтроллером через разъем, микроконтроллер связан с клавишами управления, индикатором включения и выключателем встроенного аккумулятора или бортовой сети. Кроме того, оно снабжено связанным с микроконтроллером интерфейсным разъемом подключения персонального компьютера и телеметрического терминала, а корпус устройства выполнен в пыле- и влагостойком корпусе.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1. представлена блок-схема заявленного устройства; на фиг. 2 – заявленное устройство в сборе; на фиг. 3 – схема подключения датчиков заявленного устройства к объектам диагностирования; на фиг.4 – графическое отображение пульсации давления рабочей жидкости и цифровые значения: коэффициента пульсации, минимальные, среднего, максимальные значения давления, температуры рабочей жидкости, частоты вращения, где RPM – частота вращения, об/мин; Eps – коэффициент пульсации ξ; Р – среднее давление – кПа; Ат – амплитуда пульсаций; Т1– температура ºС, ! – сигнализатор контрольной уставки; на фиг. 5 - графическое отображение температурных режимов при эксплуатации и цифровые значения: текущей, времени эксплуатации на низком, номинальном, высоком температурных диапазонах, общее время измерения, где Т1 – текущее значения температуры, °С; Low temp - процентное значения относительного времени работы ГН с температурой рабочей РЖ находящейся ниже рекомендуемого производителем уровня; Normal temp - процентное значения относительного времени работы ГН с температурой рабочей РЖ находящейся на рекомендуемом производителем уровня; High temp процентное значения относительного времени работы ГН с температурой рабочей РЖ находящейся на выше рекомендуемого производителем уровня. В нижней части табло указывается общее количество времени контроля температуры часы: минуты: секунды.

Устройство для определения технического состояния цилиндропоршневой группы (ЦПГ) дизельного двигателя (ДД) и аксиально-поршневых и шестеренных гидравлических насосов (ГН) по коэффициенту пульсации содержит размещенные в адаптере маслоизмерительного щупа АМЩ1 датчики низкого давления ДНД2 и температуры ДТ3 и дополнительный адаптер насоса АН4 с датчиками высокого давления ДВД5 с температуры ДТ3. Адаптеры АМЩ1 и АН4 связаны с микроконтроллером МК6 через разъем Р7. Выход МК6 связан со средством индикации в виде цифрового OLED-дисплея ЦД8. Выбор режима работы МК6 осуществляют с помощью клавиш управления КУ9, визуальный контроль подключения - с помощью индикатора И10, а питание - через выключатель В11 от встроенного аккумулятора А12 или бортовой сети (12 Вольт). Программирование контроллера МК6 и передачу данных во внешнюю систему контроля осуществляют через интерфейсный разъем ИР13, через который могут подключаться переносной компьютер ПК14 или телеметрический терминал ТТ15. Для подключения к полости картера дизельного двигателя используют адаптер маслоизмерительного щупа АМЩ1, а к напорной магистрали гидравлического насоса - адаптер АН4.

Микроконтроллер МК6 выполнен многоканальным и имеет 32 разряда с частотой 80 МГц. В качестве цифрового дисплея ЦД8 использован монохромный высококонтрастный OLET- экран размером 33х20 мм, разрешением 128х64 точек. МК6 с ЦД8 смонтирован в компактном переносном или закрепляемом на панели оператора МЭС пыле- и влагостойком корпусе К16. Для подключения устройства к бортовой сети предусмотрен провод с разъемом и предохранителем РП17 и крепление устройства в кабине оператора КО18.

Датчики ДНД2, ДВД5 и ДТ3 имеют электрический выход сигнала, причем датчика ДНД2 и ДТ3 – цифровой, ДВД5 – аналоговый.

Выполнение в заявленном устройстве датчиков давлений ДНД2 и температуры ДТ3 с электрическим выходом не требует какого-либо дополнительного устройства (например, установки заглушек) для нормального функционирования ДД и обеспечивает повышение точности измерений во всем диапазоне использования, согласно их технических характеристик и возможность удобной обработки выходного сигнала с датчиков ДНД2 и ДТ3 в микроконтроллере МК6 с выводом результатов на цифровой дисплей ЦД8 в удобной для оператора или диагноста форме. Датчики давления ДНД2 и ДВД5 имеют компактные размеры и подключаются через адаптеры АМЩ1 и АН4 не создают подпоров давлений, и препятствий для выполнения регламентного технического обслуживания, и не вносят изменения конструкцию объектов диагностирования. В частности, установка датчика давления ДНД2 совместно с датчиком температуры ДТ3 в полость ДД обеспечивает оценку соблюдения рекомендуемого температурного режима позволяет оценивать его степень загрязненности маслоотражающей сетки сапуна (на фиг. не показан) по наличию подпора давления, соответственно степени её загрязненности, а установка датчика давления ДВД5 через адаптер АН4 в напорную линию ГН совместно с датчиком температуры ДТ3 обеспечивает возможность оценки соблюдения рекомендуемого температурного режима рабочей жидкости, что позволит обеспечить соблюдение рекомендаций производителя МЭС по эксплуатации, как будет пояснено далее.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливаем в ДД АМЩ1 вместо штатного масломерного щупа, что позволит оценивать коэффициент пульсаций КГ, поступающего в картер ДД из-за неплотностей в ЦПГ при номинальной температуре РЖ масла в картере ДД. Если значения численного коэффициента пульсации ξ на дисплее ЦД8 (определяются при постановочных опытах для каждой марки ДД в соответствии с уровнем компрессии) при номинальных оборотах ДД оценивают поцилиндровую неравномерность пульсаций и при превышении ее свыше 10%, сигнал передается на ЦД8 и дублируется на телеметрический терминал ТТ15 для фиксации аварийного события, характеризующего необходимость проведения профилактические мероприятий, например, раскоксовку колец поршней ЦПГ, настойку форсунок и др. Если при повторном измерении неравномерность пульсации не снизилась, то необходимо принять решение о необходимости сервисного обслуживания или ремонта. При оценке пульсации картерного газа оценивают максимальный уровень (пиковый) давления Рмакс. Так как наличие предельных (пороговых) уровней давления в полости картера ДД характеризует вероятность аварийного выдавливания масла (из полости картера ДД), для протвращении аварии передается сигнал от МК6 на дисплей ЦД8 в виде знака «!» (фиг. 2, 3 и 4) и телеметрический терминал ТТ15 для фиксации аварийного события о необходимости сервисного обслуживания или ремонта.

Датчики высокого давления ДВД5 и температуры ДТ3 подключены к адаптеру АН4 ГН, что позволяет оценивать численное значение коэффициента пульсаций ξ РЖ, который характеризует техническое состояние качающего узла 19 ГН в МЭС.

Численные значения коэффициент пульсации ξ оцениваются при нахождении РЖ при номинальных значениях давления и температуры, при этом с помощью датчика температуры ДТ3 в процессе эксплуатации оцениваются значения нахождения РЖ во времени в процентах при нахождения в минимальном, номинальном и предельном установленных диапазонов для каждой из систем, а при предельном их значении от МК6 передается сигнал на дисплей ЦД8 в виде знака «!» и телеметрический терминал ТТ15 для фиксации аварийного события.

Контроль температурных диапазонов позволит оценивать необходимость проведения сезонного технического обслуживания, а также контролировать эффективность систем охлаждения гидравлических систем, в случае нарождения температуры РЖ вне рекомендуемого диапазона эксплуатации, сигнализировать оператору необходимости проведения регламентных работ по техническому обслуживанию. Если при оценке времени нахождения РЖ в гидравлических системах выявлено, что РЖ находится в высоком температурном диапазоне, это может дополнительно характеризовать наличие: низкого уровня РЖ, наличие механических и гидравлических потерь ГН, загрязненности радиатора, и во избежание риска перегрева от микроконтроллера МК6 передается сигнал на дисплей ЦД8 и телеметрический терминал ТТ15 о необходимости сервисного обслуживания или ремонта.

При переключениях КУ9 устройство работает в трех режимах отображения информации при диагностировании.

Режим I (фиг. 4). В на верхней части дисплея ЦД8 графически визуализируются пульсации давления КГ, при этом оцениваются значения c датчика ДНД2 (минимальные, средние и максимальные), а на нижней части табло ЦД8 отображаются числовые значения: RPM, об/мин - скорость вращения вала ДД (задается программно, как перерасчет количества пульсаций за один оборот вала); Eps - коэффициент пульсации давления (ξ); P - среднее значение давления, кПа; Ат – амплитуда пульсаций; T - температура РЖ, °С.

При контроле коэффициент пульсации давления пороговые контрольные уставки микроконтроллера МК6 программируются с применением ПК14 с учетом характеристик ДД.

Режим II. В верхней части дисплея ЦД8 графически визуализируются пульсации давления РЖ, при этом оцениваются значения давления ДВД5 (минимальные, средние и максимальные), на нижней части табло ЦД8 отображаются числовые значения: RPM, об/мин - скорость вращения вала ГН (задается программно, как перерасчет количества пульсаций за один оборот вала); Eps - коэффициент пульсации давления (ξ); P - среднее значение давления, кПа; Ат – амплитуда пульсаций; T - температура РЖ, °С.

При контроле коэффициент пульсации давления пороговые контрольные уставки микроконтроллера МК6 программируются с применением ПК14 с учетом характеристик ГН.

Для расчета коэффициента пульсации давления (ξ) используем формулу:

,

где P_MAX и P_MIN - измеренные значения пульсирующего давления, Па.

Режим III (фиг. 5). На табло ЦД8 отображается процентные значения диапазонов температур РЖ за время измерения, где: Т1 – текущее значения, °С; Low temp - процентное значения относительного времени работы ГН с температурой рабочей РЖ находящейся ниже рекомендуемого производителем уровня; Normal temp - процентное значения относительного времени работы ГН с температурой рабочей РЖ, находящейся на рекомендуемом производителем уровне; High temp процентное значения относительного времени работы ГН с температурой рабочей РЖ, находящейся на выше рекомендуемого производителем уровня. В нижней части табло ЦД8 указывается общее время контроля температуры (часы, минуты, секунды). При контроле диапазонов температур пороговые контрольные уставки микроконтроллера МК6 программируются с применением ПК14 с учетом характеристик используемых РЖ.

Необходимо учитывать, что изображение формы сигнала на дисплее ЦД8 устройства помогут диагносту не только выявлять аномалии, но и лучше контролировать сам процесс диагностики, не допускать ошибок в подключении прибора.

Зона, отведенная на дисплее ЦД8 для проецирования осциллограммы пульсаций давления, имеет разрешение изображения в 50х100 пикселей. Разность давления свыше 10 процентов между отдельными импульсами давления может составить до 5 пикселей на дисплее, что достаточно заметно для беглой, визуальной оценки и выявления. Для определения частоты следования импульсов и скорости вращения насоса или двигателя необходимо вращая ручку добиться устойчивой картины отображения числа импульсов давления, соответствующих одному обороту. Таким образом, можно с большой точностью определить скорость вращения не используя никакие дополнительные датчики, кроме датчика давления ДНД2 и ДВД5, считывающих импульсы давления. Микроконтроллер МК6 рассчитывает частоту вращения ГН или ДД автоматически, и выводит подсчитанное значение в цифровом виде на дисплей ЦД8 ниже графика пульсаций, а так же использует это значение в других расчетах.

Анализ полученных с помощью заявленного устройства данных коэффициента пульсаций ξ и сравнение его с заранее определенными и запрограммированными эталонными значениями, которые характеризуют (номинальное, допускаемое, предельное, аварийное) состояния для каждого типа ЦПГ ДД и ГН и позволяет сделать выводы об их техническом состоянии и преобладающих температурных режимах использования ДД и ГН при текущей эксплуатации. При аварийных режимах работы ДД и ГН устройство автоматически предупредит оператора на ЦД8 и передаст сигнал на телеметрический терминал ТТ15 для фиксации события.

Использование изобретения повысит точность определении технического состояния и режимов работы двигателя и гидравлических насосов и снизить риск аварий МЭС.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения для диагностирования цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, гидравлических насосов. Устройство содержит средство измерения давления картерных газов дизельного двигателя, выполненное в виде датчиков низкого давления и температуры, установленных в адаптер, средства индикации результатов измерений в виде цифрового дисплея, микроконтроллер и аккумулятор. Оно снабжено дополнительным адаптером высокого давления с датчиками высокого давления и температуры, адаптеры связаны с микроконтроллером через разъем, микроконтроллер соединен с клавишами управления, индикатором включения и выключателем встроенного аккумулятора или бортовой сети. Кроме того, оно снабжено связанным с микроконтроллером интерфейсным разъемом подключения персонального компьютера и телеметрического терминала, а корпус устройства выполнен в пыле- и влагостойком корпусе. Технический результат – повышение точности определения технического состояния и режимов работы двигателя и гидравлических насосов и снижение риска аварий МЭС. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для определения технического состояния цилиндропоршневой группы дизельного двигателя и гидравлических насосов, включающее средство измерения давления картерных газов дизельного двигателя, выполненное в виде датчиков низкого давления и температуры, установленных в адаптер, средства индикации результатов измерений в виде цифрового дисплея, микроконтроллер и аккумулятор, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным адаптером высокого давления с датчиками высокого давления и температуры, адаптеры связаны с микроконтроллером через разъем, микроконтроллер соединен с клавишами управления, индикатором включения и выключателем встроенного аккумулятора или бортовой сети.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено связанным с микроконтроллером интерфейсным разъемом подключения персонального компьютера и телеметрического терминала.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен в пыле- и влагостойком корпусе.