- исходный сигнал датчика вибрации

  - сигнал прошедший ФНЧ с полосой  пропускания 100 Гц

    Рисунок 8 -    Графическое представление сигналов с датчиков вибрации 

    Сигнал  с вибродатчика представляет собой совокупность всех вибраций двигателя. Основной и наиболее ярко выраженной вибрацией двигателя в рабочем состоянии является взрыв топлива в результате такта сжатия.

    Заведомо  зная частоту оборотов двигателя, определяем частоту взрывов топлива в  цилиндрах . Диагностирование проводят на холостых оборотах двигателя (800-1000 об/мин). При такой частоте работы двигателя частота взрывов топлива колеблется 80 Гц< <100 Гц.

    Далее необходимо воспользоваться разработанным цифровым фильтром нижних частот (ФНЧ), в основе которого лежит алгоритм быстрого дискретного преобразования Фурье (БПФ), и установить полосу пропускания от 0 до 120 Гц. На рисунке 8 можно увидеть фильтрованный сигнал.

    Реализация  цифрового фильтра с использованием быстрого преобразования Фурье представлена в приложение Б.

    Далее определяем порядок работы цилиндров. Производим оценку амплитуды вибрации, создаваемой взрывом топлива, относительно максимального значения амплитуды. Выявляем цилиндры с наименьшей амплитудой. Падение амплитуды взрыва топлива обычно характеризуется нарушением компрессии в цилиндрах или нарушенной подачей топлива. Результат диагностирования представляет собой относительное процентное отклонение величин амплитуд каждого цилиндра от максимального значения амплитуды.

    Метод вибродиагностики определяет неисправность  двигателя на конкретном участке  работы цилиндра, но не дает информации о том какая составляющая цилиндропоршневой  группы или подачи топлива неисправна.

3.3 Датчик давления

Датчик  давления устанавливается в воздушную  систему пуска двигателя за клапаном в магистраль высокого давления (Рисунок 6). Сопряжено устанавливается индуктивный  датчик контроля оборотов для определения  порядка работы цилиндров.  Сигнал поступает с двух датчиков одновременно. Графически сигналы представлены на рисунке 9

                           - сигнал датчика давления

  - сигнал индуктивного датчика контроля оборотов

Рисунок 9 – Графическое представление  сигналов с датчика давления и  оборотов 

Датчик давления фиксирует изменение давления при открытии воздухораспределителя,  порция воздуха поступает в цилиндр, перемещая поршень к нижней мертвой точке (НМТ).

На рисунке 10 представлена пульсация давления. Разобьем пульсацию на два участка. Точке 1 соответствует открытие отверстия воздухораспределителя, на участке 1-2 происходит падение давления сжатого воздуха в баллоне, участок 2-3 характеризует стабилизацию давления в баллоне. Введем два параметра пульсации: параметр, характеризующий изменение давления в баллоне при подаче воздуха в один цилиндр, и параметр, определяющий продолжительность подачи воздуха в цилиндр.

Рисунок 10 – Определение участков и параметров давления 

Рассмотрим  два метода диагностирования цилиндропоршневой группы двигателя:

1. Метод расчета утечек воздуха. При вращении двигателя без подачи топлива, учитывая частный случай ( ), а это условие выполняется при холодном пуске двигателя, общий расход воздуха из баллона,  определяется как:

     

  (3.2)

,где   – давление воздуха в баллоне до начала прокрутки двигателя, – давление воздуха в баллоне после окончания прокрутки двигателя, – объём баллона

Объём баллона известен, величины давления соответствуют параметру пульсации  .

     Для идеального двигателя с известным  объёмом цилиндра количество потребляемого воздуха рассчитывается как:

  (3.3)

,где  – давление воздуха в газовой магистрали в момент рабочего цикла, которое определяется датчиком давления; – объем цилиндра двигателя; – угол поворота коленчатого вала, при котором открыт клапан газораспределительного механизма системы воздушного запуска, который известен и определяется конструкцией газораспределительного механизма; N – количество оборотов коленчатого вала, определяемых индуктивным датчиком;

Разность (W – W_i) представляет собой величину утечки воздуха за счёт износа узлов двигателя. Величина утечки воздуха так же может определять ее причину, к примеру, относительно большие утечки характеризуют неисправность клапанов, небольшие утечки – износ компрессионных колец, небольшие деформации цилиндров.

2. Метод относительной оценки мощности поршня цилиндра. Обратимся к  такой физической величине, как мощность и определим среднюю мощность поршня:

   (3.4)

, где  - работа поршня, - период времени, за который совершилась работа.

Так как работа, совершаемая каждым поршнем одинакова, то . Период времени,за которое совершается работа есть ни что иное как параметр пульсации , ведь поршень будет совершать работу, пока в его объем будет подаваться воздух из баллона. Таким образом, можно провести относительную оценку мощностей поршня, определив ее максимальное значение и процент отклонения мощности других поршней.

Такой метод  имеет место только в случае неравномерного износа цилиндропоршневой группы, что  бывает крайне редко.

Для корректного  определения параметров пульсации  используется цифровой фильтр нижних частот с полосой пропускания 0-100 Гц. Фильтрованный сигнал можно увидеть на рисунке 11

                                     -  исходный сигнал с датчика давления

- фильтрованный сигнал с датчика давления ФНЧ с полосой                    пропускания 100 Гц

Рисунок 11 – Графическое представление  исходного и фильтрованного сигнала  с датчика давления

Метод расчета  утечек воздуха позволяет определить и классифицировать неисправность  двигателя,  в то время как метод  относительной оценки поршня не позволяет выявить точную неисправность.

Алгоритм определения  параметров ,   на языке программирования Delphi  представлен в приложении Б

 

Заключение

    В ходе выполнения дипломной работы была изучена литература по цифровой обработке сигналов и устройству дизельных двигателей. Разработаны методы диагностирования двигателей такие как: метод вибродиагностики заключающийся в установке вибродатчика на остов двигателя и получении сигнала с последующим анализом и обработкой; методы расчета утечек воздуха и относительной мощности поршня цилиндра, основанные на установке датчика давления в систему воздушного пуска двигателя, с последующими анализом и обработкой полученных сигналов. Разработаны и программно реализованы такие алгоритмы обработки сигналов как: цифровой фильтр нижних частот, основанный на алгоритме быстрого преобразования Фурье; алгоритмы определения числа оборотов двигателя,  определения амплитуды колебания взрыва топлива в цилиндре и определения параметров сигнала датчика давления.

    Цифровые  методы обработки сигналов позволяют  быстро и точно диагностировать  двигатель, тем самым уменьшая время  на поиск неисправности. Кроме того, цифровые методы обработки сигнала  позволяют легко адаптировать свои алгоритмы для разных методов диагностирования.

    Проведя анализ разработанных методов можно  сделать следующие выводы. Во-первых, метод вибродиагностики оказался недостаточно информативен, поскольку позволил выявить  участок, на котором присутствует неисправность, но не смог ее классифицировать, предполагая, что неисправность могла возникнуть как в цилиндропоршневой группе, так и в системе подачи топлива. Во-вторых, метод относительной мощности поршня оказывается весьма эффективным только в случае не равномерного износа цилиндропоршневой группы, что встречается гораздо чаще, чем равномерный износ. И, в-третьих, метод расчета утечек воздуха, определяет с большой точностью нарушение компрессии цилиндропоршневой группы, что позволяет определить какая из частей цилиндропоршневой группы неисправна.

    Вышеописанные методы применяются при диагностировании ряда дизельных двигателей бронетанковой вооруженной техники, а также легли в основу комплексного диагностического программного обеспечения, разрабатываемого инженерами-программистами Омского Производственного объединения «Иртыш» по заказу Омского высшего танкового инженерного училища.

    В дальнейших перспективах стоит задача адаптации разработанных методов не только для более широкого ряда дизельных двигателей, но и для бензиновых.

 

Библиографический список

1. Оппенгейм А.В. Цифровая обработка сигналов: Пер. с англ./ Под ред. С.Я. Шаца. –М.:Связь, 1979. – 416 с.
2. Белодедов М.В. Методы проектирования цифровых фильтров:Учебное пособие.-Волгоград: Издательство Волгоградского государственного университета. 2004. – 64 с.
3. Солонина А.И. Основы цифровой обработки сигналов: Курс лекций. Изд. 2-е испр. И перераб. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 768 с.
4. Гольденберг Л.М. Цифровая обработка сигналов: Справочник/Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н.-М.: Радио и связь, 1985. – 312 с.
5. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов.-СПб.:Питер, 2002. – 608 с.
6. Солонина А.И. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 464 с.
7. Википедия. Свободная энциклопедия [Электронный ресурс]/ http://ru.wikipedia.org/wiki/, [Свободный доступ]/2010.
8. Хеминг Р.В. Цифровые фильтры. Пер. с англ./ Под ред. Трахтмана А.М. .-М: Сов Радио, 1980. – 224 с.
9. Гюнтер Г. Диагностика дизельных двигателей. Пер. с немец./Под ред. Грудского Ю.Г. –М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. – 176 с.
10. Саенко М. В. Основной боевой танк Т-64.// Саенко М. В., Чобиток В. В.  — М.: ООО "Издательский центр «Экспринт», 2002. — М.: ООО "Издательский центр «Экспринт», 2002.  - 157 с.
11. Руненко А.С. Танковые двигатели В-2 и В-6, М.: Военное издательство МО СССР, 1975 г. - 284 с.
12. Жицкий В.Е. Датчики вибрации ВД03А со встроенным усилителем/ Жицкий В.Е., Щедрин В.И.//Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2006, №8 с. 58-60
13. Науменко А.П. Виброакустическая модель диагностического сигнала // Наука, образование, бизнес.: материалы региональной научно-практической конференции ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов промышленности и связи, посвященной Дню радио. Омск: Изд-во КАН, 2010.  с. 72-76.
14. Оборудование для вибрационных и акустических измерений. Краткий католог// ООО «АСМ Тесты и измерения». – 2009, с. 8-9
15. Скрибниченко А.В. Применение методов цифровой обработки сигналов при диагностирование дизельных двигателей/ Скрибниченко А.В. ,Саренко М.В. //Наука, образование, бизнес.: материалы региональной научно-практической конференции ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов промышленности и связи, посвященной Дню радио. Омск: Изд-во КАН, 2010.  с. 94-95.
16. Принцип работы датчиков давления [Электронный ресурс]/ http://www.meshta.ru/php/modules.php?name=News&file=article&sid=55 , [Свободный доступ]/2009.
17. Индуктивные датчики для контроля частоты вращения [Электронный ресурс]/ http://www.toool.ru/induktivnie_datchiki_ifm_electronic_dlya_kontrolya_chastoti_vrascheniya.html , [Свободный доступ]/2008.

Приложение  А

Исходный  текст программы. Процедура реализации БПФ (цифровой фильтрации)

// Быстрое Дискретное  Преобразование Фурье:

procedure TForm1.BPF(FFT:Integer; Var FY,SP1,SP2,SP:Arr);

var  i,j,k,n,n1,n2,n3,n4:Word;

     u,v,z,c,s,p,q,r,t,w,Pi:Single;

     YR,YM: Arr;

begin

  Pi:=3.1415926;

  //Формирование временного массива:

  if FFT=1 then  //для  прямого преобразование Фурье:

  begin

     for i:=1 to nAm do

     begin

      YR[i]:=FY[i];

      YM[i]:=0;

    end;

  end else begin //для обратного преобразование Фурье:

     for i:=1 to nSp do

     begin

       YR[i]:=SP1[i];

       YM[i]:=SP2[i];

     end;

  end;

  if FFT=1 then

  begin //Постоянная составляющая АЧХ

     GGG:=0;

     for i:=1 to nAm do GGG:=GGG+FY[i];

     GGG:=GGG/nAm;

  end;

  //Проверка на  соответствие степени двойки:

    n:=1; k:=2;

  while k<nAm do

  begin

     n:=n+1;

     k:=Trunc(Power(2,n));

  end;

  if FFT=1 then

  begin // Дополнение нулями:

     for i:=nAm+1 to k do

    begin

       YR[i]:=0;

       YM[i]:=0;

    end;

    nSp:=k;

  end;

  //ДПФ

  for k:=1 to n do

  begin

     u:=1; v:=0;

    n1:=Trunc(Power(2,n-k+1));

     n2:=Trunc(n1/2);

     z:=Pi/n2;

     c:=cos(z);

     s:=sin(z);

     if FFT=1 then s:=-s;

     for j:=1 to n2 do

     begin

        i:=j;

        While not(i>nSp) do

       begin

           n3:=i+n2;

           n4:=i;

           p:=YR[n4]+YR[n3];

           r:=YR[n4]-YR[n3];

           q:=YM[n4]+YM[n3];