Совершенствование системы диагностирования топливной аппаратуры тепловозных дизелей

       Решение задачи поиска неисправностей позволяет  использовать совокупность следующих параметров по цилиндрам: максимальное давление сгорания, давление в цилиндре в момент, соответствующий 40° угла поворота коленчатого вала после ВМТ; угол задержки воспламенения; угол начала видимого сгорания. Однако для полного решения задач диагностирования элементов топливной аппаратуры приведенных выше параметров недостаточно. Необходимо получение дополнительной информации по следующим параметрам: углу продолжительности подачи форсунки; углу начала подачи форсунки; остаточному давлению в трубопроводах [6].

       На  основании установленных взаимосвязей между неисправностями топливной аппаратуры и отклонениями диагностических параметров отдельных цилиндров (табл. 1.1.) составлен алгоритм диагностирования и поиска этих неисправностей.

Таблица 1.1.

Взаимосвязь между неисправностями топливной аппаратуры и отклонениями диагностических параметров отдельных цилиндров

Примечание:      – увеличение параметра,       – уменьшение. 

       При возможности фиксировать и другие параметры топливной аппаратуры можно значительно уточнить и углубить диагноз. Так, замер подачи и максимального давления вспрыскивания топливного насоса позволяет оценить износ плунжерной пары или неисправности клапанов. По давлению в трубопроводе высокого давления можно судить о протечках и неисправностях клапана.

       Распространенным  является метод измерения амплитудно-фазовых параметров изменения давления в нагнетательной магистрали топливной системы. Он базируется на измерении параметров частотно-временной группы, которыми характеризуется большинство процессов дизеля. Качество протекания процесса вспрыскивания и состояние деталей топливной аппаратуры могут быть оценены по таким показателям, как угол опережения подачи, продолжительность впрыскивания, максимальное и среднее давление впрыскивания, фактор динамичности цикла (отношение количества топлива, подаваемого в цилиндр двигателя за период задержки воспламенения, к цикловой подаче топлива) и др.

       При диагностировании топливной аппаратуры по указанным характеристикам анализ ее работоспособности проводят по осциллограммам процесса впрыскивания путем выделения характерных участков. Наибольшую информативность обеспечивает закон изменения давления в трубопроводе у штуцера форсунки (рис. 1.3.).  

       Рис. 1.3. Изменение давления топлива в трубопроводе 
 

       Участок 1 характеризует давление перед началом  подачи топлива. Неизменность давления свидетельствует о том, что нагнетательный клапан и игла распылителя функционируют без отклонений. Участок 2 выявляет начало подачи топлива насосом, а участок 3 - момент открытия нагнетательного клапана и начало формирования волны подачи топлива от насоса к форсунке. На участке 4 происходит падение давления в полости форсунки в результате подъема иглы. Участок 5 характеризуется некоторым увеличением давления топлива в результате нагнетательного хода плунжера, а на участке 6 давление снижается вследствие прекращения подачи топлива насосом. Участок 7 определяет закрытие иглы распылителя. Участок 8 соответствует моменту закрытия клапана насоса и разгрузки трубопровода. На участке 9 происходят затухающие колебания давления под влиянием отраженных волн.

       По  осциллограммам давления впрыскивания топлива и по их расположению относительно отметки ВМТ обнаруживают большинство неисправностей топливной аппаратуры. Диагностирование проводят путем сравнения эталонной и исследуемой осциллограмм, снятых на одном и том же режиме работы двигателя. Их анализ позволяет установить, что сдвиг максимума осциллограммы относительно ВМТ и наклон участка линии начала подачи определяют состояние плунжерной пары, толкателя и привода топливного насоса. Ордината участка падения давления в результате начала подъема иглы определяет усилие затяжки пружины форсунки и состояние прецизионной пары игла - корпус распылителя. Максимальное давление топлива характеризует состояние отверстий распылителя. По изменению давления на участке 8 определяют неисправность работы нагнетательного клапана. По осциллограммам можно выявить и такие отказы, как неплотность в запирающем конусе распылителя, прихватывание иглы, трещины втулок плунжера и корпусов форсунок, поломки пружин и др.

       Приборный комплекс, разработанный на основании  этого метода, позволяет определить угол опережения подачи топлива в каждом цилиндре, максимальную и минимальную частоты вращения коленчатого вала, углы опережения впрыскивания, устанавливаемые автоматической муфтой, а также усилие затяжки пружины. Наряду с этим выявляются износы плунжерных пар топливного насоса высокого давления и нагнетательного клапана, износ, обрыв и закоксованность распыливающих отверстий, заклинивание плунжеров и игл распылителей, поломки пружин нагнетательных клапанов, форсунок и плунжеров.

       Амплитудные характеристики давления определяют по осциллограммам. При оценке технического состояния элементов топливной аппаратуры анализируют амплитудно-фазовые параметры характерных точек осциллограммы и ее форму, а при оценке регулировочных характеристик аппаратуры измеряют фазовый сдвиг между началом подачи относительно ВМТ. При диагностировании сравнивают эталонную и исследуемую осциллограммы по характерным точкам.

       Можно использовать также упрощенную методику анализа осциллограмм давления по предварительно принятым условиям расшифровки. Считая необязательными количественные измерения, отдельные участки осциллограммы анализируют качественно по характеру их протекания. Анализ диагностических осциллограмм и сравнение их с эталонными, полученными на определенном тщательно выбранном режиме двигателя при гарантированно исправной топливной системе, осуществляют при помощи диагностической карты, либо таблицы аналогичной табл. 1.1. Наиболее часто встречающиеся дефекты топливной аппаратуры, занесенные в таблицу состояний, создают искусственно на исправной аппаратуре, и соответствующие им кривые изменения давления в тракте нагнетания осциллографируют заранее. Однако сравнение кривой давления с эталонной осциллограммой дает весьма ограниченную и ненадежную информацию, так как даже для нормально работающей аппаратуры многоцилиндрового дизеля форма импульсов давления может значительно отличаться для различных цилиндров. В связи с этим представляет некоторый интерес метод диагностирования топливной аппаратуры по импульсу давления с применением расчета процесса впрыскивания на ЭВМ.

       Согласно  указанному методу по разработанной  математической модели гидродинамики единичного импульса, имея осциллограмму давления в любом месте нагнетательного трубопровода, можно рассчитать основные параметры процесса топливоподачи в системе. Это позволяет определить в функции времени следующие параметры: исходное давление; давление у входа в форсунку (оно может служить для контроля точности расчета); давление перед запирающим конусом иглы распылителя; давление в полости распылителя; скорость впрыскивания топлива в цилиндр; скорость движения и перемещения иглы распылителя; площадь эффективного сечения под иглой. Кроме того, выводятся на печать величины цикловой подачи, остаточного давления и утечки через зазор вдоль иглы распылителя.

       Исходный  импульс давления, полученный при  осциллографировании, вводят в ЭВМ в виде ломаной линии, состоящей из 14 прямых характерных участков. Это позволяет достаточно точно аппроксимировать формулу реального импульса. Другими исходными данными служат параметры топлива и конструктивные размеры топливной аппаратуры.

       Основным  недостатком метода диагностирования по осциллограммам давления при его наглядности и простоте являются необходимость ручной обработки полученных данных и сложность проведения сравнительного анализа, требующая определенного навыка. Этим объясняется некоторая субъективность оценок качества протекания процесса впрыскивания.

       Наиболее  перспективно диагностирование с использованием вычислительной техники (рис.1.4.). Исходной информацией служат сигналы от датчика верхней мёртвой точки ДВМТ нижнего поршня первого цилиндра и от датчиков подъёма иглы форсунки ДПИФ, установленных вместо сливных трубок. Сигнал от ДВМТ проходит через модуль ввода инициативных сигналов МВИС, поступает на вход процессора СМ-1П и служит сигналом запуска ЭВМ и опорным сигналом для определения угла опережения подачи топлива. Сигналы от ДЛИФ через усилитель, бесконтактный коммутатор КБ и аналого-цифровой преобразователь АЦП поступают в процессор и далее записываются в оперативной ОЗУ или внешней ВЗУ памяти. Датчики подключаются к усилителю через контактные модули кодового управления МКУК, которые в свою очередь управляются от процессора через бесконтактный модуль МКУБ.

       Для изменения частоты вращения коленчатого  вала с помощью ЭВМ или включения  и выключения группы топливных насосов процессор вырабатывает сигналы управления согласно алгоритму диагностирования и подаёт их через МКУБ и МКУК на электромагниты МР1 - МР4 регулятора частоты вращения и электропневматические вентили ВП6 и ВП9. Результаты обработки полученной информации выдаются на устройство быстрой печати УБП в виде таблиц или на знакосинтезирующее устройство печати УПЗ в виде графиков.

Рис. 1.4. Структурная схема диагностирования топливной аппаратуры с

       помощью микропроцессорных устройств 
 

       Состояние форсунки определяют по расшифровке  комплексного     сигнала в ДПИФ, который несёт в себе такую информацию как максимальный ход иглы, начальное давление впрыска, состояние отверстий сопла распылителя, затем сравнивают эти данные с эталонными. По результатам анализа технического состояния и сравнения выбраковывают неисправные форсунки и выдают рекомендации на ремонтные работы.

       Управление  процессом диагностирования выполняется по программе в автоматическом режиме с пульта оператора. В качестве ДВМТ используется индукционный датчик, устанавливаемый на указательной стрелке градуировочного диска валопроворотного механизма дизеля. Датчик подъёма иглы форсунки дифференциальный, индуктивный с линейной зависимостью хода сердечника от амплитуды выходного сигнала. Чувствительность датчика 5 В на 1 мм хода иглы форсунки, а погрешность измерения угла опережения подачи топлива 0,2 на 15-й и 0,08 на 0-й позициях контроллера машиниста. 

2. Разработка  мероприятий по совершенствованию 

диагностирования узлов локомотивов 

       На  сегодняшний день имеется значительное число различных диагностических и технологических устройств, позволяющих не только определять имеющиеся неисправности узлов локомотивов, но и прогнозировать их срок службы до отказа (разрушения).

       Существующие  системы диагностики выполнены  в стационарном, переносном, бортовом исполнениях и задействованы  в самых разнообразных технологических процессах ремонта и обслуживания тягового подвижного состава, имеют свои информационные базы и архивы.

       Однако  применение их разрозненно, что не позволяет  достигать максимально возможного эффекта от внедрения этих систем.

       Технологические процессы ремонта подвижного состава не могут совершенствоваться без обратной связи по объективным показателям состояния качества выпускаемой продукции.

       В настоящее время появилась необходимость  объединения этих элементов в единую трехуровневую систему контроля и управления техническим состоянием подвижного состава, включающую в себя основные уровни: