Способ вибродиагностики звездообразных двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к вибродиагностике двигателей внутреннего сгорания. Технический результат оценка состояния звездообразного двигателя в целом по вибрационным характеристикам. Это достигается тем, что измеряют вибропараметры двигателя в процессе работы и используют их для диагностики его состояния, отличающийся тем, что измерения производят при работе двигателя на номинальном режиме в низкочастотной области вибрации с помощью вибропреобразователей, ориентированных во взаимно перпендикулярных направлениях и расположенных в плоскости, параллельной и предельно близко расположенной к плоскости движения кривошипно-шатунного механизма двигателя, а в качестве вибропараметров используют амплитуду виброперемещения, относительное значение среднеквадратичной величины виброперемещения виброперемещения, измеренные за период, равный рабочему циклу двигателя.

Изобретение относится к технической диагностике, преимущественно авиационных поршневых двигателей, имеющих кривошипно-шатунный механизм, состоящий из главного и прицепных шатунов, расположенных в одной плоскости перемещения.

В эксплуатации звездообразных поршневых двигателей не существует безразборных надежных методов оценки их технического состояния в целом, которые не требовали бы конструктивных доработок данных двигателей. Известные методы безразборного диагностирования указанного типа поршневых двигателей оценивают техническое состояние только отдельных узлов и деталей объекта контроля и не позволяет определять его преотказное состояние.

Механический перенос методов инструментальной диагностики рядных двигателей внутреннего сгорания на звездообразные поршневые двигатели невозможен, вследствие наличия у последних характерных конструктивных особенностей, требующих специфических методов контроля.

Известны результаты исследования способов вибрационной диагностики звездообразных двигателей внутреннего сгорания в области средних и высоких частот, основанных на частотно-фазовой селекции виброграмм.

Однако указанные исследования не привели к созданию метода диагностирования звездообразных двигателей внутреннего сгорания, пригодного для условий эксплуатации.

При выделении полезной информации из множества дополнительных возмущений, обусловленных работой других механических систем исследуемого двигателя методами частотной фильтрации и временной (фазовой) селекции, не удается надежно отстроиться от источников вибраций, не входящих в состав регулярной структуры (зубчатые передачи, навешенные агрегаты и т.п.), что приводит к значительной разнице в уровнях сигналов от однотипных узлов, находящихся в идентичном техническом состоянии.

Рассматриваемый способ оценки технического состояния элементов звездообразного двигателя внутреннего сгорания не обладает достаточными точностью и достоверностью, зачастую не удается найти соответствие между некоторыми частотами спектра вибрации и возмущениями в рабочих узлах механизмов.

Представляет существенную трудность определения места и способа установки датчиков вибрации с целью повышения их помехоустойчивости, а также значительный разброс частот собственных колебаний основных деталей у различных модификаций указанного типа двигателей.

Целью изобретения является получение инструментальной оценки технического состояния звездообразного двигателя внутреннего сгорания в целом (без конструктивных доработок объекта контроля) по вибрационным характеристикам.

Это достигается путем использования параметров периодического (полигармонического) низкочастотного колебательного процесса звездообразного двигателя на определенном (номинальном) режиме его работы.

Поскольку техническое состояние звездообразных двигателей внутреннего сгорания оценивается при помощи параметров А_м Δq вибрационного процесса в рамках проверки исправности изделия в целом с определением при необходимости фазы неисправности, принимаем, что объект диагностирования характеризуется вектором в пространстве признаков A_м·Δq и имеет два состояния: исправное D₁ и неисправное D₂. Для каждого из указанных диагностических параметров определяется поле допусков (a_i, б_i), где: a_i, б_i границы поля допусков i-го параметра в исправном состоянии, образующих разделяющую состояния D₁ и D₂ поверхность.

Решающим правилом является отнесение изображения точки L (вектора в многомерном пространстве диагностических признаков звездообразного двигателя) к диагнозу D₁ или D₂ в соответствии с ее нахождением в пространстве по отношению к разделяющей поверхности. При попадании точки на разделяющую поверхность решение не принимается. При попадании значения параметра Δ q в область D₂ появляется возможность конкретизации фазы неисправности двигателя. Для этого необходимо выявить закономерность изменения фаз экстремальных значений параметра в пределах средней реализации вибрации в зависимости от фазы неисправности для конкретного типа звездообразных поршневых двигателей путем проведения серии экспериментов с вводом в двигатель характерных дефектов (например, поочередного отказа цилиндров в работе).

Возникновение неисправности в звездообразном двигателе сопровождается интенсивным ростом параметров А_м и Δ q, в основном из-за увеличения неравномерности хода двигателя, вследствие изменения величины колебаний суммарного крутящего момента М_в и ω (мгновенных значений) (при условии п_дв const). Форма кривой параметра q в пределах средней реализации приобретает S-образный характер с появлением выраженных экстремумов. По мере развития неисправности в двигателе увеличиваются и значения параметров А_м и Δq.

Использование предлагаемого способа оценки технического состояния звездообразных двигателей внутреннего сгорания дает надежную инструментальную оценку технического состояния двигателя в целом; дает возможность проводить углубленный диагностический контроль технического состояния объекта путем анализа диагностической информации, в том числе осциллограмм с начального момента поступления двигателя в эксплуатацию; может быть реализован в автоматизированной системе диагностирования звездообразных двигателей внутреннего сгорания.

Формула изобретения

СПОСОБ ВИБРОДИАГНОСТИКИ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, заключающийся в том, что измеряют вибропараметры двигателя в процессе работы и используют их для диагностики его состояния, отличающийся тем, что измерения производят при работе двигателя на номинальном режиме в низкочастотной области вибрации с помощью вибропреобразователей, ориентированных во взаимно перпендикулярных направлениях и расположенных в плоскости, параллельной и предельно близко расположенной к плоскости движения кривошипно-шатунного механизма двигателя, а в качестве вибропараметров используют амплитуду виброперемещения, относительное значение среднеквадратичной величины виброперемещения двигателя и фазовое положение экстремумов среднеквадратичной величины виброперемещения, измеренные за период, равный рабочему циклу двигателя.