«ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА СИБИРИ ФБОУ ВПО Новосибирская государственная академия водного транспорта А.В. Зачёсов MAIN AREAS OF RIVER TRANSPORT OF SIBERIA Novosibirsk state academy of water ...»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Пат. 2178885 Российская Федерация, С2, МПК7 G 01 N 25/52. Устройство для определения температуры вспышки горючих жидкостей / Михеев Г.М.

2 Пат. 2187097 Российская Федерация, С2, МПК7 G 01 N 25/50. Установка для автоматизированного определения температуры вспышки нефтепродуктов / Чечкенев И.В., Марталов С.А., Приваленко А.Н., Алаторцев Е.И., Калинин В.А., Марталов А.С., Гонтарев С.В.

3 Пат. 2187097 Российская Федерация. Устройство для определения температуры вспышки и тангенса угла диэлектрических потерь горючих жидкостей / Михеев Г.М.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: нефтепродукты, температура вспышки, патент СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Шувалов Геннадий Владимирович, канд. техн. наук, заместитель директора ФГУП Половинкин Валерий Николаевич, докт. техн. наук, референт директора ФГУП ГНЦ Клековкин Иван Владимирович, заместитель начальника лаборатирии ФГУП «СНИИМ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630004, г.Новосибирск, пр.Димитрова, 4, ФГУП «СНИИМ»

196158, г.Санкт-Петербург, Московское шоссе, 44, ФГУП ГНЦ «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова»

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

НЕФТЕПРОДУКТОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО

РЕГЛАМЕНТА

ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт метрологии»

ФГУП Государственный научный центр «Центральный научноисследовательский институт им. акад. А.Н. Крылова»

Омский институт водного транспорта, филиал ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Г.В. Шувалов, В.Н. Половинкин, И.В. Клековкин, М.Г. Клековкина, О.А. Ясырова

THE COMPARATIVE ANALYSIS OF MEASURING INSTRUMENTS OF INDICATORS OF THE OIL PRODUCTS APPLIED TO

CONFIRMATION OF TECHNICAL REGULATIONS

Siberian research institute of metrology Krylov shipbuilding research institute Omsk institute of water transport, branch Novosibirsk state academy of water transport G.V. Shuvalov, V.N. Polovinkin, I.V. Klekovkin, M.G. Klekovkina, O.A. Yasyrova In article the comparative analysis of the main characteristics of the measuring instruments applied in the analysis of ship fuel on obligatory indicators is carried out: content of sulfur and temperature of flash.

Keywords: oil products, flash temperature, content of sulfur Проведен сравнительный анализ основных характеристик средств измерений, применяемых при анализе судового топлива по обязательным показателям: содержание серы и температура вспышки.

В Российской Федерации действует технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту», который устанавливает обязательные требования к нефтепродуктам.

В настоящее время выпускается значительное количество разнообразных средств измерений для определения показателей нефтепродуктов, которые имеют различные метрологические и технические характеристики и производятся как в России, так и за рубежом. В

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

ряде случаев не только неспециалисту, но, нередко, опытному работнику нефтегазовой отрасли сложно ориентироваться в выборе конкретного прибора.

В этой связи проведен сравнительный анализ основных характеристик средств измерений, применяемых при анализе судового топлива по обязательным показателям: содержание серы и температура вспышки.

В качестве критериев использовались следующие характеристики средств измерений:

длительность анализа, возможности использования вне лаборатории, стоимость, массогабаритные показатели.

Сравнительные данные средств измерений для определения массовой доли серы представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Данные средств измерений для определения массовой доли серы в нефтепродуктах (использованы данные с интернет-сайтов) Средство измерения RX-360SH лизатор, ГОСТ Р АСЭ- лизатор, ГОСТ Р Спектроскан S(SL) лизатор, ГОСТ Р SLFA- Рентгенофлуоресцентный анализатор, ГОСТ Р FX- лизатор, ГОСТ Р ACB- Волнодисперсионный ренмм, лизатор серы, ГОСТ Р Спектроскан SW-D ГОСТ Р SINDIE-OTG лизатор СИМ- ГОСТ Из таблицы 1 видно, что наиболее быстрые результаты будут получены на анализаторах: RX-360SH, АСЭ-2 и SLFA-20.

Помимо задач лабораторного контроля качества нефтепродуктов существует ряд приложений, в которых главным фактором является быстрота анализа или возможность его проведения в полевых условиях.

По этому показателю среди лабораторных приборов выделяются анализаторы RXSH и ACB-1.Отличительные особенности прибора АСВ-1: длительный срок автономной работы (до 30 ч от батареи).

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Ориентировочные цены на средств измерений для анализа нефтепродуктов на содержание серы в значительной степени определяются комплектацией и точностью прибора.

Самый дешевый – портативный анализатор АСВ-1. Связано это непосредственно с его простой комплектацией.

Анализ приборов по массогабаритным характеристикам позволяет сделать вывод о том, что самым компактным прибором является «Спектроскан S(SL)» и SLFA-20. Настольные модели RX-360SH, СИМ-6 (АК-6), АСЭ-2 немного более габаритные, а группу самых габаритных приборов составляют анализаторы FX-700, ACB-1 и SINDIE-OTG.

Данные о конструктивном исполнении средств измерений для определения массовой доли серы представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Внешний вид средств измерений дл я определения массовой до л и серы в нефтепродуктах Анализатор S(SL)»

Анализатор RXАнализатор СИМ- 360SH Анализатор АСЭ- Сравнительные данные средств измерений для определения температуры вспышки представлены в таблице 3.

По показателю «время анализа» найти данных для анализаторов вспышки не удалось.

Все приборы из анализируемого списка используются для лабораторных анализов, за исключением СИМ-5, который может использоваться в мобильной лаборатории.

Цены на анализаторы разные, но в пределах 100 тыс. руб. можно рассматривать такие модели как: ТВ3, ТВЗ-ПХП, ТВЗ-ЛТ, ПЭ-ТВО и СИМ-5Д.

Среди приборов серии ТВ3, самый доступный – ТВЗ-ПХП, но его технические характеристики уступают остальным приборам. Автоматические аппараты ТВЗ-ЛАБ-11 и АТВ-21 в списке анализируемых самые дорогостоящие, оснащены всеми возможными функциями для упрощения и удобства работы специалиста. Инновационные приборы отличаются широким диапазоном определяемых температур и высокой точностью.

Поскольку приборы вспышки применяются, в основном, для лабораторных условий,

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

массогабаритные показатели не играют особой роли. Подробные сведения о них приведены в таблице 3.

нефтепродуктах (использованы данные с интернет-сайтов) Прибор ТВ (ГОСТ 6356) Аппарат ТВЗ-ПХП (ГОСТ 6356) ТВЗ-ЛАБ- Автоматический аппарат (ИСО 2719, ГОСТ 6356) Аппарат ТВЗ-ЛТ (ГОСТ 6356) ПЭ-ТВО рат (ГОСТ 6356) Регистратор Вспышка-А (ГОСТ 4333 и ГОСТ 6356) АТВ- (ГОСТ 6356, ИСО 2719) РМ-М Ручной анализатор (ИСО 2719) ISL FP 170 5G Автоматический (ИСО 13736) СИМ- (ГОСТ 6356 или ГОСТ 4333Таким образом, в статье проведен сравнительный анализ средств измерений, предназначенных для определения двух показателей нефтепродуктов. В результате анализа выделены модели, выгодно сочетавшие малое время анализа, условия эксплуатации, стоимость и массогабаритные показатели.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: нефтепродукты, температура вспышки, содержание серы СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Шувалов Геннадий Владимирович, канд. техн. наук, заместитель директора ФГУП

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630004, г.Новосибирск, пр.Димитрова, 4, ФГУП «СНИИМ»

СОВРЕМЕННЫЕ ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗКИ – РЕЗЕРВ НАДЁЖНОСТИ УЗЛОВ И

МЕХАНИЗМОВ

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный педагогический университет»

MODERN GREASE IN A RESERVE OF JOINT RELIABILITY

Novosibirsk state academy of water transport Novosibirsk state pedagogical university A.O. Tokarev, S.N. Ivanchik, L.D. Makagon, V.V. Krasheninnikov To increase durability and reduce friction in joint and mechanisms, where establishment of circulation of oil is impractical or impossible, there uses lubricant grease as a irremovable grease for the whole period of exploitation of the joint.

Keywords: lubricant grease tribological characteristics, extreme conditions, load up, temperature, moisture Для повышения износостойкости и уменьшения трения в узлах и механизмах, где создание циркуляции масла нецелесообразно или невозможно, применяются пластичные смазки в качестве несменяемой смазки на весь период эксплуатации узла.

Пластичные смазки используют для уменьшения трения и износа в узлах, где создание циркуляции масла нецелесообразно или невозможно. Часто они применяется в качестве несменяемой смазки на весь период эксплуатации узла. Некоторые смазки, обладая хорошей герметизирующей способностью и консервационными свойствами, применяются также в качестве защитных или уплотнительных материалов.

Способность удерживаться, не вытекать и не выдавливаться из негерметизированных узлов трения, более широкий, чем у масел, температурный диапазон применения позволяет упростить конструкцию узлов трения, уменьшить их металлоемкость, снизить стоимость изготовления и эксплуатации [1].

В Состав пластичных смазок входят:

Масло – 70-90% от массы смазки, являющееся основой смазки;

Загуститель – 8-20%, создающий пространственный каркас смазки;

Присадки – 0,1-5%, аналогичные тем, что используются в товарных маслах (моторных, трансмиссионных и т. п.);

Наполнители – 1-20% от массы смазки улучшают антифрикционные и герметизирующие свойства. Это твердые вещества, как правило, неорганического происхождения, нерастворимые в масле (дисульфид молибдена, графит, слюда и др.);

Модификаторы структуры – 0,1-1% от массы смазки способствуют формированию более прочной и эластичной структуры смазки. Представляют собой поверхностно-активные вещества (кислоты, спирты и др.).

Совершенствование свойств смазок за счёт их состава является одним из направлений продления эксплуатации механизмов.

В данной работе представлены результаты исследования основных характеристик современных пластичных смазок [2]. Испытывались:

– давно хорошо зарекомендовавшая себя на отечественном рынке смазка ЛИТОЛ-24, ГОСТ 21150-87, производства ЗАО «Ярославские смазки», РФ;

– консистентная смазка многоцелевого назначения Mobil GREASE XHP 222 – производитель Бельгия;

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

– пластичная смазка Castrol LMX Li – Komplexfett – производитель Германия;

– появившиеся на рынке новых смазок BG SS 2000 Lubricating Grease (BG 608) и Special HCF Grease (BG 605) фирмы BG Products. Inc., США.

BG 608 заявлен производителем, как продукт новейшей технологии в области смазок.

Это многоцелевая смазка, предназначенная для работы в автомобилях, водном транспорте и индустриальном оборудовании, при высоких и низких температурах, в сухих или влажных условиях, при легких и тяжелых нагрузках. BG 608 смешивается практически со всеми смазками на мыльной основе, превосходно держится на деталях из всевозможных конструкционных материалов, в том числе и таких, как конструкционные термоэластопласты (Hytrel), фторуглеродистый каучук (Viton) и хлоропреновый и другие синтетические каучуки (Neoprene).

Продукт BG608 одобрен Национальным Институтом Смазок, США для автомобильного обслуживания классификации GC-LB.

Смазка BG Special HCF Grease (BG 605) По заявлениям производителя выдерживает высокие температуры, защищает от коррозии вызванной пресной или соленой водой, а также химическими веществами, поддерживает смазывающую пленку при высоких нагрузках и усилиях.

Смазка BG 605 – специализированный продукт, предназначенный для применения в агрегатах с повышенной нагрузкой:

– выдерживает высокие температуры;

– защищает от коррозии вызванной пресной или соленой водой и химическими веществами;

– поддерживает смазывающую пленку при больших нагрузках.

Триботехнические характеристики пары трения «стальной диск-чугунная колодка» с применением указанных смазок оценивались при испытаниях на машине трения МИ-1 [3] (рисунок 1).

Образцы для испытания были изготовлены в виде диска из стали 45 диаметром 85 мм, закалённой на твёрдость HRC40. Вторым образцом пары трения являлись чугунные колодки, вырезанные из цилиндровой втулки дизеля 5Д2, с диаметром рабочей поверхности 85 мм. Площадь трения образцов – колодок составляла 1010 мм.

Материал колодки – серый антифрикционный чугун на перлитной основе марки СЧ 25.

Смазку наносили шпателем на поверхность трения колодки 1 и диска 2. Кроме того нижняя часть диска погружалась в смазку наполненную в ванночку 3.

Рисунок 1 – Схема триботехнических испытаний на машина трения МИ-1: 1-образец (колодка), 2образец (диск), 3-ванночка со смазкой Режим трения изменялся увеличением нагрузки на верхний образец 1 от 500 до 1100 Н.

Частота вращения нижнего образца постоянна и равна 400 об/мин.

При каждой нагрузке образцы работали, пока не наступал установившийся режим трения, при котором момент трения минимален и в дальнейшем остаётся постоянным.

Первые показания момента трения регистрировали после 24 ч притирки при нагрузке на узле трения 500 Н. После чего дискретно увеличивали нагрузку по 100 Н, регистрируя показания момента трения после его стабилизации.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Таблица – Зависимость коэффициента трения от нагрузки Преимущество триботехнических показателей в паре трения, работающих с пластичными смазками компании BG, сохранялись при увеличении нагрузки в узле вплоть до значения 1000 Н. Резкое увеличение коэффициента трения при нагрузке более 1050 Н связано с разрушением смазывающей плёнки на всех испытуемых пластичных смазках BG (рисунок 2).

Рисунок 2 – Влияние пластичных смазок на коэффициент трения пары «стальной диск-чугунная колодка»: а)-влияние консистентной смазки на коэффициент трения; б)-влияние консистентной смазки на износ при трении

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Рисунок 3 – Наружный вид роликов после испытаний на трение: a)-со смазкой BG 605, б)-со смазкой «Литол»

Для оценки способности сохранять свойства в присутствии воды были проведены испытания смазок BG 605 и BG 608 с добавлением воды в ванночку с пластичными смазками.

Триботехнические показатели при работе пар трения в присутствии воды в указанных смазках не изменялись при увеличении нагрузки до 700 Н. Разрушение смазывающей плёнки, сопровождающееся резким увеличением коэффициента трения, наблюдалось при нагрузке 850 Н (рисунок 4).

Рисунок 4 – Влияние пластичных смазок на коэффициент трения пары «стальной диск-чугунная колодка» с добавлением воды

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Таким образом, проведённые испытания подтвердили способность пластических смазок фирмы BG работать в экстремальных условиях: при повышенных нагрузках, высоких температурах, в присутствии влаги.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: триботехнические характеристики пластичных смазок, экстремальные условия, повышенные нагрузки, температура, влага СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Токарев Александр Олегович, докт. техн. наук, профессор ФБОУ ВПО «НГАВТ»

Крашенинников Валерий Васильевич, канд. техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО «НГПУ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630099, г.Новосибирск, ул.Щетинкина, 33, ФБОУ ВПО «НГАВТ»

ПОСТРОЕНИЕ ОЦЕНОЧНЫХ АППРОКСИМАЦИОННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ

ЗАПАСА ТОЛЩИН И РЕКОМЕНДУЕМЫХ СКОРОСТЕЙ ИЗНАШИВАНИЯ ПО

НОРМАТИВНЫМ ДАННЫМ РОССИЙСКОГО РЕЧНОГО РЕГИСТРА

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

CONSTRUCTION OF APPROXIMATING FORMULAE FOR SPARE OF THE THICKNESSES AND RECOMMENDED VELOCITIES

WEAR-OUT ON NORMATIVE GIVEN RUSSIAN RIVER REGISTER

Novosibirsk state academy of water transport P.A. Bimberekov Maded building of the formulae on result of the processing normative given Russian River Register spare of the design thicknesses on their minimum importances and recommended velocities wear-out depending on design thickness.

Keywords: spare of the thicknesses, velocity wear-out Произведено построение выражений по результатам обработки нормативных данных Российского Речного Регистра запасов проектных толщин над их минимальными значениями и рекомендуемых скоростей изнашивания в зависимости от проектной толщины.

Для проведения оценочного исследования потребного числа измерений на участке элемента судовой конструкции при освидетельствовании требуется знать запас толщины исследуемой конструкции над минимально допустимым значением, скорость изнашивания этой конструкции, а также погрешности мерительного инструмента и процедуры измерения [1].

Нормативные значения минимальных остаточных толщин по данным РРР существенно рознятся при одинаковых проектных толщинах у отдельных конструкций [2, 3]. Поэтому представилось целесообразным построить поля распределений значений запаса толщин и скоростей изнашивания в зависимости от проектной толщины конструкции и получить выражения для худшего варианта сочетания запаса толщин и рекомендуемых скоростей изнашивания. Для запаса проектных толщин над минимально допустимыми значениями худшим вариантом, очевидно, будут минимальные значения, а у скоростей изнашивания соответственно максимальные значения всего поля распределения.

Были обработаны табличные данные по [2-4] при шпации 550 мм для судов с разрядами плавания «М-СП», «М», «О», «Р» РРР для двух табличных вариантов длин судна в каждом разряде плавания. Результаты приведены на рисунки 1-5.

Поскольку в дальнейшем получаемые выражения предполагается использовать и для оптимизационных исследований, то для запаса толщин кроме более сложных выражений для большего диапазона проектных значений толщин получили и упрощённые – для ограниченного диапазона толщин. Эти выражения согласно с ранее указанным рядом разрядов плавания размещены соответственно под номерами: (1), (2); (5), (6); (9), (10); (13), (14). Графическая интерпретация выражений приведена на графиках рисунки 1-4.

Для рекомендуемых скоростей изнашивания получены по разрядам плавания выражения под номерами: (3), (4); (7), (8); (11), (12); (15), (16). Причём каждое второе из них отличается от первого тем, что поправочное значение в скобках у показателя степени взято численно равным значению нормативной высоты волны для данного разряда плавания.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Рисунок 1 – Зависимости величины запаса проектных толщин над минимальными и рекомендуемых скоростей износа от значения проектной толщины для конструкций судов класса «М-СП» РРР: а)-зависимость вида t t ; б)-зависимость вида c t Рисунок 2 – Зависимости величины запаса проектных толщин над минимальными и рекомендуемых скоростей износа от значения проектной толщины для конструкций судов класса «М» РРР: а)-зависимость вида t t ; б)-зависимость вида c t

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Рисунок 3 – Зависимости величины запаса проектных толщин над минимальными и рекомендуемых скоростей износа от значения проектной толщины для конструкций судов класса «О» РРР: а)-зависимость вида t t ; б)-зависимость вида c t Рисунок 4 – Зависимости величины запаса проектных толщин над минимальными и рекомендуемых скоростей износа от значения проектной толщины для конструкций судов класса «Р» РРР: а)-зависимость вида t t ; б)-зависимость вида c t Для скоростей изнашивания вполне можно взять для анализа постоянные значения (риНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №3 2014

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

сунок 1-4), а именно для разряда плавания «М-СП» – 0,16 мм/год, а для прочих 0,12 мм/год.

Изначально предполагалось, что интересным вариантом могут послужить зависимости скоростей изнашивания от величины запаса толщин c t, однако сколько-нибудь интересным представилась такая зависимость только у судов в разряде плавания «М-СП» (рисунок 5а).

Рисунок 5 – Зависимости величины рекомендуемых скоростей износа от значения запаса толщин c t : а)-разряд плавания «М-СП»; б)-разряд плавания «М»

Выпавшими за ограничиваемое построенными зависимостями поле (рисунок 5а) являются значения у конструкций «Подпалубный набор и набор переборок внутри грузовых танков и топливных цистерн», для которых исследование нужно вести отдельно, или понижать скорость изнашивания установкой протекторной защиты. Для конструкций судов прочих разрядов плавания может быть взято одно числовое значение (см. для примера зависимость у конструкций судов в разряде «М», рисунок 5б).

Рисунок 6 – Зависимости относительных величин запаса проектных толщин над минимальными и рекомендуемых скоростей износа от значения проектной толщины для конструкций судов разных разрядов плавания: а)-зависимость вида t t t ; б)-зависимость вида c t t Представляется, что интересными для исследования могут быть зависимости вида t t t и c t t, показанных на рисунке 6. Ниже приведены аппроксимационные выражения для кривых рисунка 6 по зависимостям и разрядам плавания:

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Полагаем, что полученные оценочные выражения позволят в дальнейшем получить данные по определению числа измерений при освидетельствовании судовых конструкций в зависимости от срока их эксплуатации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Бимбереков, П.А. Исследование повреждаемости, методики освидетельствования и дефектации корпусных конструкций судов внутреннего и смешанного плавания / П.А. Бимбереков. -Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2007. -420 с.

2 Российский Речной Регистр. Правила. В 4 т. Т.2. -М.: Тип. Новости, 2009. -406 с.

3 Российский Речной Регистр. Правила. В 4 т. Т.4. -М.: Тип. Новости, 2009. -317 с.

4 Российский Речной Регистр. Правила В 4 т. Т.1. -М.: Тип. Новости, 2009. -272 с.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ: Бимбереков Павел Александрович, канд. техн. наук, доцент ФБОУ ВПО «НГАВТ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630099, г.Новосибирск, ул.Щетинкина, 33, ФБОУ ВПО «НГАВТ»

РАЗРАБОТКА И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИБОРОВ КОНТРОЛЯ И

МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА НЕФТЕПРОДУКТОВ

ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт метрологии»

ФГУП Государственный научный центр «Центральный научноисследовательский институт им. акад. А.Н. Крылова»

Омский институт водного транспорта, филиал ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Г.В. Шувалов, В.Н. Половинкин, И.В. Клековкин, М.Г. Клековкина, О.А. Ясырова

DEVELOPMENT AND PROSPECTS OF USE OF DEVICES OF CONTROL AND MONITORING OF QUALITY OF OIL PRODUCTS

Siberian research institute of metrology Krylov shipbuilding research institute Omsk institute of water transport, branch Novosibirsk state academy of water transport G.V. Shuvalov, V.N. Polovinkin, I.V. Klekovkin, M.G. Klekovkina, O.A. Yasyrova In article questions of development of devices of control and monitoring of quality of oil products are considered.

Keywords: monitoring, oil products, devices Рассмотрены вопросы разработки приборов контроля и мониторинга качества нефтепродуктов.

В техническом регламенте «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту»

установлены обязательные требования к показателям нефтепродуктов, связанные с безопасностью их применения, но не нормируются требования к качеству нефтепродуктов, связанные с надежной и безотказной работой транспортных двигателей, несмотря на то, что для потребителей топлива и владельцев автотракторной техники являются весьма важными.

Эти показатели качества могут значительно отличаться от стандартных, в основном, изза нарушения условий транспортировки и хранения, и могут стать причиной выхода из строя техники или значительным экономическим потерям. Для исключения случаев использования некачественного топлива, все чаще крупные потребители топлива пытаются самостоятельно контролировать основные показатели качества нефтепродуктов.

Таким образом, на сегодняшний день является актуальной задача осуществления оперативного контроля качества нефтепродуктов в местах его реализации и использования.

Для решения этих задач в Сибирском научно-исследовательском институте метрологии были разработаны измерительные приборы (анализаторы) для анализа параметров нефтепродуктов (таблица 1).

Технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту»

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

предъявляет обязательные требования к качеству отечественных судовых топлив в виде двух показателей: содержание серы и температура вспышки.

Метод определения содержания серы в судовом топливе должен соответстветствовать ГОСТ 19121-73, в связи с чем этот метод был положен в основу работы анализатора СИМ-6.

В [1] была разработана методика определения серы в нефтепродуктах с использованием кондуктометрического метода, а также прибор СИМ-6 с ее использованием.

Структурная схема прибора СИМ-6 включает в себя следующие основные элементы (рисунок 1):

– кондуктометрические ячейки 8 и 9 с электродами 10, 11;

– горелка для сжигания топлива 14;

Таблица 1 – Приборы для анализа нефтепродуктов Анализатор СИМ-5 Анализатор СИМ-5 предназначен для измерения температуры вспышки нефтепродуктов в полуавтоматическом режиме при оперативном контроле их качества.

Принцип действия анализатора СИМ-5 основан на нагревании контролируемого нефтепродукта электронагревателем, периодическом поджигании Анализатор СИМ-6 Анализатор СИМ-6 предназначен для измерения содержания серы в светлых нефтепродуктах (бензин, керосин, дизтопливо), а также в других нефтепродуктах, полностью сгорающих в горелке анализатора, и может применяться для оперативного контроля их качества.

Анализатор СИМ-8 Анализатор СИМ-8 предназначен для измерения кинематической вязкости их качества. Метод определения кинематической вязкости соответствует контролируемого нефтепродукта через капилляр стеклянного стандартного вискозиметра ВПЖ-4 ГОСТ 10028-81 с последующим расчетом значения кинематической вязкости.

Анализатор СИМ-10 Анализатор СИМ-10 предназначен для разгонки автомобильных бензинов по методике ГОСТ 2177-82 «Нефтепродукты. Метод определения фракционного состава».

Анализатор СИМ-11 Анализатор СИМ-11 предназначен для измерения температуры застывания нефтепродуктов при оперативном контроле их качества.

Принцип действия анализатора основан на охлаждении образца контролируемого нефтепродукта хладоагентом (жидкий азот) с заданной скоростью до температуры, при которой образец остается неподвижным.

Указанная температура измеряется и принимается за температуру застывания.

Конструктивно анализатор состоит из криостата, выполненного на сосуде – аспиратор 12 для прокачивания SO2;

– генератор озона 7 с компрессором 6;

– схема измерения 2 со схемой управления 3;

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Вторым из обязательных показателей качества судовых топлив является значение температуры вспышки, для определения которой была разработана конструкция прибора СИМПринцип действия анализатора основан на нагревании контролируемого нефтепродукта электронагревателем, периодическом поджигании паров нефтепродукта и измерение температуры, при которой происходит вспышка.

Функциональная схема анализатора приведена на рисунке 2.

В состав функциональной схемы входят нагревательный блок 1, блок электроники и управления 2.

Рисунок 1 – Структурная схема анализатора СИМ- Рисунок 2 – Схема электрическая функциональная СИМ- В настоящее время уже выпущено более 60 анализаторов содержания серы СИМ-6 в нефтепродуктах и более 50 анализаторов СИМ-5.

Наибольший интерес к разработанным приборам проявляют предприятия, которые заинтересованы в контроле качества нефтепродуктов. В настоящее время лабораториями Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №3 2014

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

«КЛАН-1», укомплектованными разработанными приборами (рисунок 3), оснащены ряд организаций Новосибирской, Кемеровской, Красноярской и Курганской областей, а также стран СНГ (Республики Казахстан и Узбекистан).

Рисунок 3 – Салон мобильной лаборатории «КЛАН-1», укомплектованный анализаторами СИМ Таким образом, выполненные во ФГУП «СНИИМ» разработки новых приборов для определения параметров нефтепродуктов позволили на их основе создавать измерительные комплексы контроля и мониторинга качества топлива.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Шувалов, Г.В. Опыт практического применения анализаторов СИМ-6 для определения серы в нефтепродуктах / Г.В.

Шувалов // Материалы 6 международной выставки и научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2010»: сб. тр. -Новосибирск, 2010. Т.5,Ч.2.

2 Шувалов, Г.В. Анализатор температуры вспышки нефтепродуктов / Г.В. Шувалов, М.А. Мишагин, А.В. Бондарев // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: тр. второй междунар. науч.-техн. конф., 8-11 сент. 2004 / под ред. В.П. Горелова, Н.Н. Лизалека, В.В. Охотниковой; Новосиб. гос. акад. вод. трансп. -Тобольск, 2004. -Ч.2. -С. 153-155.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: мониторинг, нефтепродукты, приборы СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Шувалов Геннадий Владимирович, канд. техн. наук, заместитель директора ФГУП Половинкин Валерий Николаевич, докт. техн. наук, референт директора ФГУП ГНЦ Клековкин Иван Владимирович, заместитель начальника лаборатирии ФГУП «СНИИМ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630004, г.Новосибирск, пр.Димитрова, 4, ФГУП «СНИИМ»

196158, г.Санкт-Петербург, Московское шоссе, 44, ФГУП ГНЦ «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова»

МЕТОДОЛОГИЯ САМООБУЧАЮЩЕГОСЯ АЛГОРИТМА ПОИСКА

НЕИСПРАВНОСТЕЙ

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный архитектурностроительный университет»

METHODOLOGY A SELF-LEARNING ALGORITHM TROUBLESHOOTING

Novosibirsk state academy of water transport Novosibirsk state university of architecture and civil engineering B.O. Lebedev, V.B. Lomukhin, I.V. Lapteva, V.V. Konovalov The article describes the methodology of probabilistic troubleshooting with the same type of indicator elements used in the diagnostic process of the heat engine in the comprehensive analysis of lubricating oil: the theoretical background with examples of practical implementation.

Keywords: diagnostics, oil, symptom, likelihood, algorithm, search Приведена методология вероятностного поиска неисправности при однотипном элементеНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

индикаторе, используемая в процессе диагностирования теплового двигателя по комплексному анализу смазочного масла: теоретические предпосылки с примером практической реализации.

При работе Системы диагностирования по маслу (СДПМ), часто возникает ситуация, когда при превышении предельного статистического порога остается неясным какая из нескольких пар трения, содержащих один и тот же элемент-индикатор, вышла из строя [1]. Например, при появлении в масле значительных количеств меди непонятно, в какой из пар трения, содержащих этот металл, повышена скорость изнашивания. Таких пар трения в дизеле несколько десятков. В этой ситуации применим обучающийся алгоритм [2]. Оказалось возможным в этом частном случае построить простой численный его вариант.

Если одному и тому же комплексу симптомов соответствует несколько ( n ) причин, то вероятность очередного диагноза в зависимости от количества ( m ) правильно поставленных диагнозов в прошлом определяется так – номер причины неисправности, k 1, 2,... n ;

где k – коэффициент начальных условий;

– вес информации о подтверждении диагноза.

Вероятность каждого из всех остальных возможных диагнозов определиться из формулы Допустим, имеется симптом – повышенное содержание меди в масле. Следовательно, идет ненормальное изнашивание трущейся пары, содержащей бронзу. Как найти неисправную? Для численной иллюстрации работы алгоритма положим число таких пар равным десяти ( n 10) и то, что мы не имеем никакой информации о частоте их отказов, то есть a1 a2... a10 1. Тогда вероятности выхода из строя каждой трущейся пары соответственно равны p1 p2... p10 1 10. Повышенное содержание меди в масле заставит разобрать машину и найти причину этого симптома. Допустим, что вышла из строя первая трущаяся пара и вес сообщения об этом ординарный (примем b 1 ). Делаем пересчет вероятностей по формулам (1) и (2). Так как имеется только один диагноз, то m 1 и p1 2 11, а Рисунок – Работа алгоритма поиска неисправностей При появлении этого симптома повторно и при повторном выходе из строя первой трущейся пары вероятности распределяться так: p1 3 12, p2 p3... p10 1 12. Ценность нашего диагноза нарастает. На рисунке показан ход функции по формуле (1) при различных значениях веса сообщения о подтверждении диагноза и при n 10 (точка H ). Интересно,

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

что если устранена причина повышенного изнашивания данной трущейся пары, то начинается процесс, обратный обучению – «забывание» (пунктирные линии на рисунке). И чем дальше вправо расположены точки А и В, тем меньше скорость забывания. В практике работы СДПМ вероятность выхода из строя подшипников турбокомпрессора выросла примерно 0,03 до 0,67. Таким образом, при помощи этого алгоритма в значительной мере был снят дефицит турбокомпрессоров в пароходстве, так как при повышении содержания меди в масле и делалась предупредительная смена подшипников. Была устранена и причина выхода их из строя. Теперь на первое место по вероятности отказа на этом дизеле вышли втулки масляного насоса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Ломухин, В.Б. Основы современной эксплуатации двигателей / В.Б. Ломухин. -Новосибирск: Наука, 2004. -188 с.

2 Шеромов, Л.А. Общая теория эволюции / Л.А. Шеромов. -Новосибирск: ФБОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. вод. трансп.», 2014. -100 с.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: диагностика, масло, симптом, вероятность, алгоритм, поиск СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Лебедев Борис Олегович, докт. техн. наук, профессор ФБОУ ВПО «НГАВТ»

Коновалов Валерий Владимирович, канд. техн. наук, доцент ФБОУ ВПО «НГАВТ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630008, г.Новосибирск, ул.Ленинградская, 113, ФГБОУ ВПО «НГАСУ»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДИФИКАТОРА МОТОРНОГО МАСЛА НА ОСНОВЕ

СЕРПЕНТИНА И МЯГКИХ МЕТАЛЛОВ В СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

УСТАНОВКАХ

ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный архитектурностроительный университет»

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

THE USE OF ENGINE OIL BASED ON SERPENTINE AND SOFT METALS IN SHIP POWER INSTALLATIONS

Novosibirsk state university of architecture and civil engineering Novosibirsk state academy of water transport V.B. Lomukhin, A.O. Tokarev, V.V. Surgin, I.V. Lapteva Laboratory studies and field tests demonstrated the usefulness of using motor oil containing serpentine and soft metals.

Keywords: modifier of motor oil, wear, wear rate Приводятся впервые полученные результаты лабораторных исследований модификатора моторного масла в состав, которого входит серпентин и мягкие металлы.

Анализ работ современных исследователей [1-3] в области модифицирования моторного масла для увеличения безремонтной наработки ДВС путем введения, в масло специально разработанных модификаторов на различных основах позволяет выделить основные их виды по составу, принципу действия и основные недостатки при их применении.

Учитывая свойства серпентина притягивать к своей поверхности частички металла, предлагается модификатор, содержащий в своем составе серпентин и мелкодисперсные мягкие металлы которые соединяясь в одной жидкой среде при определенном процентном соотношении будут образовывать конгломераты, в середине которых будут находиться частички серпентинита, а на поверхности более мелкие частички металла.

Действие разработанного модификатора происходит следующим образом:

1 Конгломерат частичек разработанного модификатора, проходя над небольшой трещинной (выбоиной) на поверхности трения детали, цепляясь за нее частичками металла, будет заполнять трещину.

2 Оставшиеся конгломераты с небольшим количеством металлических частичек и частичкой серпентинита, повторно проходя над небольшой трещинной (выбоиной) на поверхности трения детали, образует металло-минеральный слой.

Для исследования воздействия предложенного модификатора на износ вращающейся пары трения (Сталь - 40ХНМА и Бронзы - БрО5ЦНС5) была разработана экспериментальная

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

установка [4].

В качестве смазочных материалов для проведения исследований использовали:

– для эксперимента №1, чистое моторное масло 5W30;

– для эксперимента №2, моторное масло 5W30 с введённым в него модификатором Edial ДВС (Серпентин);

– для эксперимента №3, моторное масло 5W30 с введённым в него модификатором РиМЕТ (сплав медь-олово);

– для эксперимента №4, моторное масло 5W30 с введённым в него разработанным модификатором (серпентин и сплав медь-олово).

Для оценки зависимости износов образцов во всех экспериментах была принята полинома второй степени.

В силу небольшого числа факторов для экспериментов №1, №2, №3 проводили исследования по плану однофакторного эксперимента, а для эксперимента №4 полного факторного.

Целью обработки данных полученных в экспериментах №1, №2, №3 является получение функциональных зависимостей износа образца от времени истирания G t. Для построения математических моделей использовались метод наименьших квадратов.

Однородность дисперсий значения отклика эксперимента проверяли по критерию Корхена. Значимость коэффициентов проверяли по t -критерию Стьюдента. Адекватность полеченных зависимостей отражающих связь функции отклика с исследуемыми факторами (1, и 3) оценивали коэффициентами Фишера.

Уравнения регрессии, характеризующее износ образца при его смазывании чистым маслом Уравнения регрессии, характеризующее износ образца при его смазывании моторным маслом с введенным в него модификатором на основе серпентина Уравнения регрессии, характеризующее износ образца при его смазывании моторным маслом с введенным в него модификатором на основе мягкого металла где G – износ образца, г;

– время истирания образца, ч.

Целью обработки данных полученных в эксперименте №4 является получение функциональной зависимости износа образца от времени истирания и концентрации мягких металлов в серпентине G t,v. Для построения математических модели использовался регрессионный анализ.

Уравнения регрессии, характеризующее износ образца при его смазывании моторным маслом с введенным в него разработанным модификатором где v – концентрация мягких металлов в серпентине, %.

Далее уравнения (1)-(3) аппроксимировали на 50 ч истирания с интервалом в 10 ч.

Уравнение 4 аппроксимировали на 50 ч истирания с интервалом в 10 ч и концентрациями мягкого металла в серпентините 25%, 50% и 75%. Совместный график аппроксимированных данных потери веса образца приведен на рисунке.

Для оценки возможности применения модификатора моторного масла на основе серпентина и мягких металлов в двигателях судовых энергетических установок был проведен эксперимент при штатной эксплуатации земснаряда типа ДЭР-250 на котором установлен главный дизельный двигатель SKODA 6L275/III, и три вспомогательных два из которых SKODA 6S160 и один SKODA 2S110. Так как на земснаряде установлено два абсолютно одинаковых двигателя и работают они в одинаковых условиях, эксперимент проводился путем добавления в моторное масла одного двигателя предлагаемого модификатора, и отбора проб работающего масла с обоих двигателей в процессе их эксплуатации. Далее проводили анализ отобранных проб масла по методике «Система диагностирования дизелей по методу комплексного анализа смазочного масла» (СТП 314.536.0-01-88), а весь ход эксперимента проводился по сертифицированным методикам РОСС Ru.АЯ79.М52040 0219784.

Анализ данных собранных с двигателей SKODA 6S160 при штатной эксплуатации земНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №3 2014

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

снаряда типа ДЭР-250 в течение 1500 моточасов показал следующие результаты:

1 Физико-химические (механические примеси, зольность, вязкость, температура вспышки) показатели работающего масла не претерпели значительных изменений после введения в него модификатора и остались в пределах допустимых норм для эксплуатации исследуемых двигателей;

Рисунок – График аппроксимированных данных 2 Содержание железа в работающем масле после введения в него модификатора значительно снизилось по сравнению с чистым маслом вследствие чего можно говорить о снижении общего износа цилиндропоршневой группы двигателя.

3 Содержание олова в работающем масле впервые часы работы двигателя резко увеличилось после введения в него модификатора, что объясняется непосредственным содержанием олова в модификаторе. Но после не продолжительной наработки (около 80 ч) его содержание снижается и в целом по всему периоду наблюдения становится ниже, чем в чистом масле. При таком снижении содержания олова в работающем масле можно судить о снижении скорости износа вкладышей подшипников коленчатого вала.

3 Снижение концентрации свинца в работающем масле после введения в него модификатора также подтверждает снижение износа вкладышей подшипников коленчатого вала.

4 Увеличение содержания меди в работающем масле после введения в него модификатора обусловлено содержанием меди непосредственно в модификаторе. Дальнейшее ее уменьшение в процессе эксплуатации двигателя говорит о снижении скорости износа вкладышей подшипников коленчатого вала.

Выводы: Анализируя совместный график аппроксимированных данных потери веса образца (рисунок) можно сделать вывод, что применение разработанного модификатора увеличивает ресурс трущегося сопряжения в диапазоне концентрации состава от 25% до 75% мягкого металла в серпентините. 75-ти процентный состав наиболее оптимально подходит

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

для практического применения, так как не только способен повысить ресурс трущегося сопряжения, но и при определенной наработке частично его восстановить.

Проведенные эксплуатационные наблюдения двух одинаковых двигателей эксплуатирующихся в идентичных условиях на земснаряде типа ДЭР-250, подтвердили целесообразность использования модификатора моторного масла на основе серпентина и мягких металлов в двигателях дорожных и строительных машин. Применение данного модификатора не повлечет за собой критичных изменений физико-химических показателей моторного масла и позволит снизить скорость износа ЦПГ и подшипников коленчатого вала в 1,2-2 раза.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Гаркунов, Д.Н. Триботехника. Краткий курс / Д.Н. Гаркунов, Э.Л. Мельников, В.С. Гаврилюк. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.

Баумана, 2008. -344 с.

2 Ломухин, В.Б. Основы современной эксплуатации двигателей / В.Б. Ломухин. -Новосибирск: Наука, 2004. -188 с.

3 Присадки к моторным маслам [Электронный ресурс] // Компания «Авиталь Сервис. Мобильные автоуслуги». -Режим доступа: RUL: Http://a-vital.ru/prisadki-i-dobavki-k-motornym-maslam.html. -07.10.2011.

4 Сургин, В.В. Проблемы и оборудование для изучения свойств ремонтно-восстановительных составов / В.В. Сургин // Материалы III всероссийской научно-практической конференции «Ремонт. Восстановление. Реновация» / Башкир. ГАУ. -Уфа, 2012. -С. 38-41.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: модификатор моторного масла, износ, скорость износа СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Ломухин Владимир Борисович, канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО «НГАСУ»

Сургин Вячеслав Владимирович, старший преподаватель ФГБОУ ВПО «НГАСУ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630008, г.Новосибирск, ул.Ленинградская, 113, ФГБОУ ВПО «НГАСУ»

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ТРАНСПОРТНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

IDENTIFICATION OF CHANGES IN THE TECHNICAL CONDITION OF TRANSPORT ROLLING STOCK

Novosibirsk state academy of water transport S.P. Glushkov, V.V. Konovalov The role of diagnostic monitoring the technical condition in the optimization of maintenance and repair of transport vehicles.

Keywords: technical diagnostics, rolling stock, service system, optimization Показана роль системы диагностического контроля технического состояния при оптимизации системы обслуживания и ремонта транспортного подвижного состава.

В условиях реформирования транспортной отрасли становится актуальной проблема сбалансированности требований потребительского рынка на транспортные услуги и доходности грузопассажирских перевозок. Один из путей ее решения – оптимизация жизненного цикла транспортного подвижного состава (ТПС), обеспечивающего грузовые и пассажирские перевозки.

Если представить отмеченный баланс в виде весов (рисунок 1), на одной чаше которых лежат требования современного рынка транспортных услуг, то есть повышение потребительского спроса и увеличение транспортных потоков, а на другой – мероприятия, обеспечивающие эти потребности и доход, то основанием, поддерживающим этот баланс, является оптимизация жизненного цикла ТПС.

Жизненный цикл любого технического изделия включает четыре основных процесса:

создание (конструирование и изготовление), эксплуатация, обслуживание и ремонт, утилизация. Оптимизация стоимости и продолжительности этих составляющих жизненного цикла ТПС с управлением надежностью, долговечностью и экологической безопасностью в эксплуатации как раз и позволяет привести в соответствие требования рынка транспортных услуг с доходностью их оказания.

Следовательно, оптимизация системы обслуживания и ремонта является одной из главных, приоритетных задач для транспорта. Такая оптимизация является одним из требований современной концепции управления надежностью сложных технических объектов, соНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №3 2014

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

гласно которой техническое обслуживание, обеспечивая определенный ее уровень, должно быть ориентировано на доход. Техническое обслуживание, решая вопросы повышения его качества, увеличения надежности, управления продолжительностью срока службы ТПС, должно организовываться таким образом, чтобы в центре внимания находилась основная цель: увеличения доходов при эксплуатации транспорта. Только это позволит в условиях перестройки системы ремонта ТПС осуществить переход от ее убыточности к доходности.

ПОВЫШЕНИЕ УВЕЛИЧЕНИЕ УДОВЛЕТВОРЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ

ПОТРЕБНОСТЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ПОТРЕБИТЕЛЬСКО ГРУЗОПАССАЖИР

ГО СПРОСА СКИХ ПОТОКОВ

ПОВЫШЕНИЕ

РАЗВИТИЕ

РАЗВИТИЕ

ДОСТУПНОСТЬ, НАДЕЖНОСТИ И

НАДЕЖНОСТЬ, УРОВНЯ КОМФОРТА

УСКОРЕНИЕ

УСКОРЕНИЕ

БЕСПЕРЕБОЙН ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ТЕМПА ЖИЗНИ

ОСТЬ, УРОВЕНЬ ДОСТУПНОСТИ И

КОМФОРТА БЕСПЕРЕБОЙНОСТ

ОПТИМИЗАЦИЯ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ТПС

ОПТИМИЗАЦИЯ ОПТИМИЗАЦИЯ

ПРОЦЕССОВ, ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ СИСТЕМЫ ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ

ЭКСПЛУАТАЦИИ УТИЛИЗАЦИИ

КОНСТРУИРОВАНИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЯ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ И РЕМОНТА

ПОКАЗАТЕЛЬ ЭКОНОМИЯ МАТЕРИАЛОВ

НАДЕЖНОСТИ, ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛЮДСКИХ РЕСУРСОВ, ТРЕБОВАНИЯ

БЕЗАВАРИЙНОСТИ

ДОЛГОВЕЧНОСТИ, СНИЖЕНИЕ ТАРИФОВ, ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ

РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ, УПРАВЛЕНИЕ

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ НАДЕЖНОСТЬЮ

Рисунок 1 – Оптимизация жизненного цикла ТПС – основа доходности оказания транспортных Для реализации такого подхода на транспорте необходимо создать (внедрить) систему комплексного управления основными фондами (ЕАМ – Enterprise Esset Management), получившую широкое распространение в мире. Одним из ключевых моментов в этой системе является создание глобальной информационной системы диагностического контроля технического состояния (Condition Monitoring System), позволяющей получать необходимые сведения о техническом состоянии каждой транспортной единицы, требуемых материалах, оборудовании, запасных частях, для обеспечения жизненного цикла ТПС на этапе его эксплуатации.

Система диагностического контроля технического состояния – инструмент, который дает всестороннюю информацию о техническом состоянии объекта надзора; позволяет измерять его основные показатели работы (мониторинг), на основе чего определять текущее техническое состояние, прогнозировать остаточный ресурс и, как следствие, планировать по текущему содержанию.

Диагностика как одна из составляющих этой системы должна решать задачу оценки фактического состояния ТПС в процессе эксплуатации, давая необходимую исходную информацию для соответствующей организации ремонтного цикла. Чтобы диагностика стала реальным инструментом в оценке состояния ТПС в системе технического обслуживания, ориентированного на доход, она должна отвечать определенным требованиям, в частности, быть:

– достаточно достоверной;

– оперативной;

– технологичной (не трудоемкой, имеющей подробное описание технологии);

– информативной для определения необходимого объема работ при проведении профилактики и ремонта;

– информационно совместимой с ЕАМ - системой, являясь ее составной частью;

– адаптируемой для контроля технического состояния новых типов ТПС.

Когда диагностика удовлетворяет перечисленным требованиям, возникает необходимость в соответствующей оптимизации диагностических средств и технологий. Если расНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

сматривать всю совокупность применяемых на транспорте диагностических комплексов, то наиболее информативными и развитыми в настоящее время являются виброакустические.

Они позволяют оценивать состояние оборудования по параметрам динамических (виброакустических) процессов, происходящих в узлах ТПС при их вибрационном освидетельствовании, когда выполняют техническое обслуживание (ТО) или ремонт (текущий – ТР и капитальный – КР).

Проблемы мониторинга, диагностики и прогнозирования состояния современных плавательных средств и гидротехнических инженерных сооружений являются крайне сложными и требуют развития как теоретических методов, так и натурных экспериментальных исследований, выработки критериев, характеризующих рабочее состояние, зарождение и развитие дефектов, предшествующих нарушению нормальной работоспособности. Каждая конкретная проблема является многоплановой, требующей для эффективного решения использования достижений нескольких научных направлений, решения целого класса модельных задач теории упругости, вычислительной математики, математического моделирования вибрационных процессов, инженерной сейсмологии и других. Эти динамические явления отрицательно сказываются на техническом состоянии ТПС. Крайне неприятным обстоятельством является невозможным предсказать поломки основных деталей, что вносит большую дезорганизацию производственного процесса. Большинство непредвиденных дефектов приходится на те, детали механизмов и оборудования, которые недоступны для непосредственного контроля. К таким деталям, например, относятся подшипники коленчатых валов ДВС, подшипники и шестерни реверс-редукторных агрегатов. Разборка конструкций, механизмов и оборудования с целью контроля технического состояния отдельных его узлов, как правило, сопряжена с большими трудностями, выводом из эксплуатации и часто бывает неоправданной. Кроме этого, опыт эксплуатации и ремонта машин, механизмов, различного оборудования показывает, что разборка приводит к ускорению износа деталей, так как нарушает приработку сопряжений.

При оценке технического состояния ТПС требуются надежные способы выявления трещин, возникающих в деталях металлоконструкций во время эксплуатации. Известно, что усталостное разрушение начинается и происходит в высоконагруженных опасных местах. Если элементы металлоконструкций без дефектов, то установить положение этих мест без разрушения часто невозможно, так как они, например, при асимметричном цикле нагружения, могут не совпадать с местами, где действуют наибольшие максимальные напряжения.

При использовании любых способов неразрушающего контроля нет уверенности, что все возникающие при эксплуатации дефекты, опасные для конструкции, будут обнаружены. Например, трещины, возникающие на силовых элементах в труднодоступных местах, таких как шатун, коленчатый вал, коренные подшипники коленчатого вала у двигателей внутреннего сгорания (ДВС) или на раме ходовой тележки, которые невозможно обнаружить или можно пропустить при использовании существующих способов дефектоскопии. Поэтому актуальны исследования для разработки способов диагностики, которые не позволят пропустить дефект, возникающий в конструкции при наработке, особенно если он опасен.

Актуальность исследования обусловлена еще и необходимостью развития технологий обнаружения неисправностей и идентификации повреждений в реальном времени. Кроме того, необходимо перейти от дорогих запланированных технических обслуживаний на более эффективные и менее дорогостоящие альтернативные условия обслуживания во время эксплуатации. К таким технологиям обнаружения изменения технического состояния машин, механизмов, оборудования и конструкций следует отнести виброакустические методы. Они позволяют оценивать техническое состояние по параметрам динамических (виброакустиченских) процессов, происходящих в узлах конструкций при их вибрационном освидетельствовании, когда выполняют техническое обслуживание или ремонт (текущий и капитальный), и в процессе эксплуатации.

Анализ отечественных и зарубежных работ в области контроля технического состояния механических систем [1-14] позволяет утверждать о целесообразности и эффективности использования методов виброакустической диагностики. «Вибросигнал, обладая достаточно емкой информацией о работе агрегата и его элементов, может стать достоверным показателем его состояния».

Вибрационная диагностика – метод диагностирования технических систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации, либо создаваемой работающим оборудованием, либо являющейся вторичной вибрацией, обусловленной структурой исследуемоНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №3 2014

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

го объекта.

Очевидные преимущества вибродиагностики:

– широкая информативность, так как в вибрации содержится вся информация о рабочих процессах;

– высокая чувствительность к возникающим неисправностям;

– достаточная простота технологии измерения, по сравнению с другими видами диагностирования, а также ее высокая точность;

– широкие возможности автоматизированного анализа результатов измерения.

На рисунке 2 представлена диаграмма, позволяющая понять, каким образом влияет оптимизация технологии вибрационного диагностирования на оптимизацию системы технического обслуживания и ремонта.

Рисунок 2 – Оптимизация вибродиагностической технологии Основой вибродиагностики являются два основных компонента – знание виброметрии, то есть что и как измерять, а также знание объекта диагностирования – что нужно диагностировать. На их основе строится соответствующая система распознавания состояний (неисправностей), связывающая вибрационные параметры с неисправностями конкретных типов объектов. Эту систему распознавания обычно называют диагностической моделью. Она может быть реализована в виде некоторого набора решающих правил (алгоритмов), формализованных в виде диагностических программ.

Оптимизация вибрационного диагностирования заключается в достижении максимального соответствия изложенным требованиям и должна охватывать все ключевые моменты этой технологии, а именно:

– создание необходимых виброизмерительных и анализирующих устройств, построение на их основе системы сбора вибрационной информации;

– определение перечня неисправностей конкретных типов ТПС, которые необходимо диагностировать для обеспечения надежности;

– разработку диагностической модели, соответствующей требованиям диагностирования конкретных типов ТПС. Реализация модели должна обеспечивать получение информации о степени опасности диагностируемых состояний, а также сведений, необходимых для ремонтного персонала; разработку диагностического программного обеспечения, которое на уровне пользовательского интерфейса должно формализовать процесс диагностирования и давать возможность наращивания его функциональности;

– разработку технологических инструкций диагностирования и создание эксплуатационной документации на диагностические средства.

Построенная таким образом диагностическая технология непосредственно влияет на оптимизацию системы обслуживания ТПС и получение наибольшего эффекта (доходности) от ее применения. Оценочным критерием, характеризующим эффективность той или иной вибродиагностической технологии, может служить достоверность диагностирования по заНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

явленному перечню неисправностей. Именно достоверность в итоге определяет соотношение затрат на проведение диагностики и потери от пропуска дефектов или излишней перебраковки. Совокупные издержки от последних должны быть существенно меньше затрат на внедрение диагностики.

Современным инструментом вибродиагностики такой системы является компьютеризированный виброизмерительный комплекс со специализированным программным обеспечением для регистрации, обработки и визуализации данных.

В состав комплекса, как правило, включают различные механические системы для нормированных динамических нагружений исследуемой системы. К оборудованию комплекса предъявляются самые жесткие требования, например, полоса частот в диапазоне 0,1Гц, чувствительность не менее 200 мBм, динамический диапазон входных сигналов не менее 90 дб.

В качестве датчиков в большинстве случаев используются пьезоакселерометры. Этот выбор обусловлен линейной зависимостью измеряемых значений ускорений волнового поля, возбуждаемого в системе, значению величины силового воздействия (удар, вибрация, природные и техногенные волны). В таких датчиках электрический заряд на выходе пропорционален действующим на датчик возмущениям, а основными потребительскими характеристиками являются рабочий диапазон частот, коэффициент преобразования, динамический диапазон входных сигналов.

Аппаратно-программное обеспечение вычислительной системы должно обеспечивать расширенные возможности анализа полученных данных – амплитудный, спектральный, корелляционный, статистический. При этом особое внимание уделяется вопросам, связанным с корректным преобразованием физических изменений волнового поля в цифровой сигнал, сохраняемый на жестком диске ПК, то есть создание системы цифровой обработки.

К базовым функциям цифровой обработки относятся: представление сигнала в цифровой форме; цифровая обработка сигнала и их модификация (удаление шумов); излечение информации (спектральный анализ) и передача.

Большинство измеренных модальных параметров (частота, форма колебаний, амплитуда и модальный демпфинг) являются функциями физических характеристик конструкции (массы, демпфирования и жесткости). Повреждение – изменение в материале или геометрических характеристик конструкции, включая изменение граничных условий или связей в системе. Повреждения оказывают неблагоприятное воздействие на показатели работы системы, которые, в свою очередь, обуславливают изменения в модальных характеристиках системы, которые могут быть обнаружены с помощью системы обнаружения и диагностики повреждений.

При использовании спектрального анализа исследования динамических откликов можно проводить по методу синхронного усреднения времени [15], которое состоит в синхронизации выборки данных. Среднее время синхронных сигналов будет определяется исключительно воздействием вибраций, производимых элементами конструкции.

Если одна из усталостных трещин в конструкции локальна, то изменения будут появляться во временной области. Случайная амплитуда со случайной фазовой модуляцией в основном представляют эти изменения. Таким образом, спектр Фурье по средней временной области сигнала вибрации, например дефектного подшипника или другого механизма состоит из основной и гармонической сетки частот окруженный боковыми полосами модуляции. Фурье-анализ преобразует сигнал из временной или пространственной области в частотную [16].

Классическое преобразование Фурье является традиционным математическим аппаратом для анализа стационарных колебательных процессов элементов оборудования. При этом сигналы разлагаются в базисе косинусов и синусов или комплексных экспонент. Эти базисные функции простираются вдоль всей оси времени [17].

В общем случае при произвольной (в том числе непериодической) зависимости t прямое преобразование Фурье означает переход от временного представления сигнала к его частотному представлению в соответствии с обобщённым выражением:

Преобразование Фурье имеет некоторые ограничения и недостатки, с практической точки зрения, а именно, располагая хорошей локализацией в частотной области, оно не облаНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №3 2014

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

дает разрешением по времени. Преобразование Фурье требует знания сигнала не только в прошлом, но и в будущем, даже для одной заданной частоты, так как базисная функция при разложении в ряд Фурье является гармоническим колебанием и математически определено на временном интервале (– ; +). Преобразование Фурье не учитывает, что частота колебания может изменяться во времени. Для получения точной высокочастотной спектральной информации о сигнале необходимо извлекать ее из относительно малых временных интервалов, а для низкочастотной информации – наоборот. Как показывает практика, не все сигналы стационарны, а для нестационарных сигналов трудности преобразования Фурье значительно возрастают [17].

Для преодоления вычислительных трудностей преобразования Фурье разработаны методы быстрого преобразования Фурье. Они сохраняют погрешности вычислений при заданном числе гармоник, но позволяют резко сократить затраты времени [18].

Исследуя стационарные сигналы, тогда достаточно применять спектральный анализ на основе быстрого преобразования Фурье. Основные проблемы возникают при этом:

– увеличение отношения сигнал–шум, при усреднении и синхронном накоплении;

– малая разрешающая способность анализа в высокочастотной области, что обуславливает применение процедуры анализа огибающей кривой.

Для нестационарных сигналов традиционный спектральный анализ не эффективен, так как спектр мощности усреднен на всем временном промежутке. Наиболее очевидным путём анализа нестационарных сигналов является применение быстрого преобразования Фурье, которое заключается в разбиении реализации на отдельные короткие равно длинные участки с последующим применением алгоритма быстрого преобразования Фурье к каждому из них. Этот метод в практике анализа сигналов известен как оконное преобразование Фурье.

Особенностью выделяющей этот вид анализа является необходимость применения сглаживающих окон (Хемминга, "flet-top", Ханна), потому что без их использования усиливается влияние эффекта растекания дискретных составляющих в боковые лепестки. Определенное число участков разбиения (число спектров) ограничивает разрешающую способность анализа во временной области.

Оконное преобразование Фурье имеет вид в котором применяется предварительная операция умножения сигнала t на «окно»

w t b, где окно – локальная во времени функция (например, прямоугольная w t 1 при 0 t и w t 0 при t 0 и t ), которая перемещается вдоль оси времени t (рисунок 3) для вычисления преобразования Фурье в разных позициях b. В результате получается частотно-временное описание сигнала.

Рисунок 3 – Представление оконного преобразования Фурье Если перемещать скачками (через ) окно по всей оси времени сигнала S t, то за несколько перемещений возможно просмотреть сигнал полностью. Так что вместо обычной спектрограммы получится набор спектрограмм, схематично представленный в виде прямоугольников на рисунке 4. Такой спектральный анализ аналогичен анализу использующем набор фильтров с постоянной шириной полосы пропускания, равной 2. Каждое окно выделяет свой небольшой участок во времени, следовательно точность представления и разрешающая способность по времени могут быть увеличены. Одновременно высокое разрешение и по частоте, и по времени получить невозможно, принимая во внимание принцип

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

неопределенности Const. Окну с узкой шириной по времени, будет соответствовать плохое разрешение по частоте. Оконное преобразование Фурье использует фиксированное окно и, соответственно, фиксированное разрешение по времени и частоте (рисунок 4а), поэтому оно не может быть адаптировано к локальным свойствам сигнала, что является существенным недостатком [17].

Помимо оконного преобразования Фурье существуют другие алгоритмы анализа со скользящими сглаживающими и усредняющими окнами. Наиболее известными являются более ранний вариант анализа со скользящим гауссовским окном Габора и более развитый и эффективный анализ этого типа, известный как распределение Вигнера–Вилли, представляющее поперечное условие между различными компонентами сигнала.

Рассмотренные методы анализа широко применяются при углублённом исследовании сигналов в частотно-временной области, но не подходят для решения задач идентификации повреждений в эксплуатируемом судовом оборудовании, как неудовлетворяющие требованию выработки обобщенного диагностического признака. Трёхмерные образы (частотавремя-амплитуда), которые получаются в результате анализа, сложны для формального распознавания. Поэтому необходимо применять другие методы для анализа сигнала, например кратномасштабные методы.

Кратномасштабные методы [19], в частности, вейвлет-преобразование, которое позволяет обнаружить и оценить техническое состояние оборудования в нестационарной среде.

Вейвлеты преодолевают недостатки быстрого преобразования Фурье, что обеспечивает хороший компромисс между расположением и разрешением по частоте. Большее окно используется для оценки низких частот, меньшее окно используется для оценки высокой частоты.

Это позволяет более точно описать локализованные характеристики сигнала.

Локальный анализ с вейвлет-преобразованием может быть выполнен кратно масштабным формализмом, который предназначен для представления сигналов в более мелких деталях. Специальные аспекты сигнала, такие как тенденции, разбивка точек, разрывы в высоких производных и автомодальность выявлены на соответствующих масштабах. Кроме того, вейвлет-преобразование обладает способностью фильтрации полиномов, что лучше иллюстрирует особенность анализа Вейвлет-преобразование является самым известным за его способность анализа локального поведения функции. В обработке сигналов для распознавания образов – это неравномерность не гладкости в сигнале, которая обеспечивает наиболее интересные и дискриминационные природы. Преобразование Фурье, известное как глобальная трансформация предполагает бесконечную энергию в сигнале, и не может быть использована для идентификации сигналов с короткой продолжительностью. Быстрое преобразование Фурье использует зафиксированное перемещение окон и поэтому не может добиться желаемой резолюции по времени и частоте одновременно. Вейвлет-преобразование позволяет решить эту проблему с помощью базисных функций, представляющих малые волны с компактным носителем, называемые «всплески». Wavelet дословно переводится как «короткая (маленькая) волна». Вейвлеты – функции с нулевым интегральным значением локализованные по всей оси независимой переменной, способные к сдвигу по этой оси и масштабированию (растяжению/сжатию).

Вейвлет-преобразование имеет принципиальное преимущество перед преобразованием Фурье за счет свойства локальности у вейвлетов. В вейвлет-преобразовании операция умножения на окно как бы содержится в самой базисной функции, которая сужает и расширяет окно (рисунок 4): с ростом параметра a увеличивается разрешение по частоте и уменьшается разрешение по времени, а с уменьшением этого параметра уменьшается разрешение по частоте и увеличивается по времени. Отсюда появляется возможность адаптивного к сигналу выбора параметров окна. Подвижное частотно-временное окно одинаково хорошо выделяет и низкочастотные, и высокочастотные характеристики сигналов. Это свойство вейвлет-преобразования дает ему большое преимущество при анализе локальных свойств сигналов.

Вейвлет-преобразование позволяет локально реконструировать сигнал: выделить только часть сигнала или выделить вклад определенного масштаба. Если возможны случайные ошибки вейвлет-коэффициентов, они будут распространяться на реконструируемый сигнал локально вблизи положения импульса. Преобразование Фурье распространяет ошибки по всему восстанавливаемому сигналу. Именно благодаря выявлению локальных особенноНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №3 2014

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

стей сигнала, принципиально отсутствующему у преобразования Фурье, вейвлетпреобразование нашло широкое применение для анализа тонкой структуры сигналов и изображений, для их сжатия и очистки от шума. Необходимо отметить, что вейвлетпреобразование ни в коем случае не является заменой традиционного преобразования Фурье и не умаляет его достоинств и значимости при работе со стационарными процессами, и когда нет необходимости исследовать локальную структуру сигналов. Вейвлетпреобразование просто иной подход к исследованию сигналов, снимаемых с любых объектов [17].

Рисунок 4 – Представление вейвлет-преобразования В заключение необходимо отметить, что существующая практика, когда подбирают вибродиагностическое оборудование в отрыве от особенностей конкретных типов подвижного состава, далека от идеала и требует коренного пересмотра. Для новых типов подвижного состава выбор средств диагностирования должен начинаться уже на стадии создания ТПС и сопровождаться в течение всего его жизненного цикла.

Применительно к транспортным средствам, которые уже находятся в эксплуатации, подбирать средства диагностики необходимо, ориентируясь на получение реального эффекта в обеспечении жизненного цикла и требуемого уровня надежности, а в конечном итоге – на доходность обслуживания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Идентификация повреждений подшипников судовых валопроводов / С.С. Глушков, Б.О. Лебедев, В.В. Коновалов, Н.С.

Ткаленко // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. -2013. -№2. -С. 200-204.

2 Генкин, М.Д. Виброакустическая диагностика машин и механизмов / М.Д. Генкин, А.Г. Соколова. -М.: Машиностроение, 1987. -283 с.

3 Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов / Ф.Я. Балицкий, М.А. Иванова, А.Г. Соколова, Е.И. Хомяков.

-М.: Наука,1984.

4 Коллакот, Р.Я. Диагностирование механического оборудования / Р.А. Коллакот. -Л.: Судостроение, 1980.

5 Соколова, А.Г. Методы и средства технической диагностики зарождающихся эксплуатационных дефектов механизмов / А.Г. Соколова // Точность и надежность механических систем: сб. науч. тр. -Рига, 1984. -С. 38-48.

6 Явленский, К.Н. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем / К.Н. Явленский, А.К. Явленский.

-М.: Машинотроение, 1983. -239 с.

7 Purification and feature extraction of shaft orbits for diagnosing large rotating machinery / D.F. Shi, W.J. Wang,, P.J. Unsworth, L.S. Qu // J. of Sound and Vibration. -2005. -Vol.279. -Р. 581-600.

8 Артоболевский, И.И. Задачи акустической динамики машин и конструкций / И.И. Артоболевский, М.Д. Генкин, В.И. Сергеев // Акустическая динамика машин и конструкций: сборник. -М., 1973. -С. 3-6.

9 Кунце, Х.И. Методы физических измерений: пер. с нем. / Х.И. Кунце. -М.: Мир, 1989. -216 с.

10 Попков, В.И. Виброакустическая диагностика в судостроении / В.И. Попков, Э.Л. Мышинский, О.И. Попков. -Л.: Судостроение, 1989. -256 с.

11 Shabaneh, N.H. Dynamic analysis of rotor- shaft systems with viscoe- lastically supported bearing / N.H. Shabaneh, Zu W.

Jean // Mech. and Mach. Theory. -2000. -Vol.35, №9. -P. 1313- 1330.

12 Манаков, А.Л. Использование внутрицикловых параметров вращения коленчатого вала для оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания / А.Л. Манаков, В.Н. Кочергин, А.С. Алехин // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал.

Востока, -2013. -№1. -С. 178-182.

13 Манаков, А.Л. Выбор оптимальных диагностических параметров с целью обеспечения работоспособности машин в процессе эксплуатации / А.Л. Манаков, А.С. Алехин, В.И. Кочергин // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании: сб. науч. тр. Sword Междунар. конф. -Одесса, 2011. -Т.2. -С. 50-52.

14 Манаков, А.Л. Создание системы мониторинга технического состояния транспортных и технологических машин / А.Л.

Манаков, А.А. Игумнов, С.А. Коларж // Физико-техн. проблемы разработки полез. ископаемых. -Новосибирск, 2013. -№4. -С. 125Rao, B.K.N. Handbook of Condition Monitoring / B.K.N. Rao. -Oxford: Elsevier Advanced Technology, 1996.

16 Howard, I. A review of rolling element bearing vibration detection, diagnosis and prognosis Defense / I. Howard //Science and Technology Organization Technical Report DSTO-RR-0013, Australia. -1994.

17 Яковлев, А.Н. Введение в вейвлет - преобразования: учеб. пособие /А.Н. Яковлев. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. с.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

18 Дьяконов, В.П. MATLAB. Обработка сигналов и изображений: спец. справ. /В.П. Дьяконов, И.В. Абраменкова. - СПб.:

Питер,2002. - 608 с.

19 Mallat, S.G. A theory for multiresolution signal decomposition: the Wavelet Representation /S.G. Mallat // IEEE Trans. on Pattern Recognition and Machine Intelligence. - 1989. - Vol. 11. - P. 674-693.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: техническая диагностика, подвижной состав, система обслуживания, оптимизация СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Глушков Сергей Павлович, докт. техн. наук, профессор ФБОУ ВПО «НГАВТ»

Коновалов Валерий Владимирович, канд. техн. наук, доцент ФБОУ ВПО «НГАВТ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630099, г.Новосибирск, ул.Щетинкина, 33, ФБОУ ВПО «НГАВТ»

ПЛАТФОРМА ДЛЯ УСТАНОВКИ И ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ НАВЕСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

НА ПОВЕРХНОСТИ ВАЛОВ

ООО «Мидель»

MOUNTING PLATFORM AND POSITIONING OF THE MOUNTED PARTS SHAFT SURFACE

Midship S.S. Glushkov Develop a platform for securing and positioning the recording apparatus on the lateral surfaces of ship shafts.

Keywords: the platform, positioning of, the shaft, the equipment Разработана платформа для закрепления и позиционирования регистрирующей аппаратуры на боковых поверхностях судовых валов.

Применяемые на водном транспорте динамические способы и оборудование для диагностики технического состояния находящихся в эксплуатации судовых движительных установок себя практически исчерпали – исследуется минимальный диапазон частот колебаний и амплитуд, анализ которых не позволяет в полном объеме отвечать требованиям действующей нормативно-технической документации [1]: Техническому регламенту о безопасности объектов внутреннего водного транспорта, ГОСТ 26046-83 правилам Российского Речного Регистра.

Современные подходы к диагностике технического состояния требуют наиболее полной реализации возможностей самого диагностического оборудования. Реализация потенциала такого оборудования непосредственно зависит от степени адаптации измерительных приборов к условиям эксплуатации. Для измерения крутильных колебаний применяется разноообразная аппаратура, которая в общем случае состоит из трех основных частей: датчика, усилителя и регистрирующего модуля. Все эти части устанавливаются либо в отдельном приборе и сигнал проходит через дополнительную фрикционную связь, при этом снижается достоверность, либо датчик устанавливается на вращающемся валу, и передача сигнала на регистрирующую аппаратуру осуществляется через радиоволны, что тоже снижает достоверность конечного результата. Поэтому необходимо все три элемента установить на валу, для чего необходимо разработать устройство способное нести эти элементы.

В лаборатории измерительных приборов ООО «Мидель» разработана платформа для закрепления и позиционирования на боковых поверхностях валов регистрирующей аппаратуры, виброизмерительных устройств и приборов при измерении крутильных колебаний судовых энергетических установок.

Платформа [2] для установки и позиционирования навесных деталей на поверхности валов выполнена в виде разъемного соединения, состоящего из нескольких частей, соединяемых с помощью резьбовых соединений с образованием между ними осевого цилиндрического отверстия. При этом разъемное соединение имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Разъемное соединение может быть выполнено с фланцем на одном из торцов.

При этом фланец может иметь форму многоугольника или элипсоида, а крепежные отверстия в нем могут располагаться произвольно.

Использование платформы обеспечивает установку и позиционирование на валу различной измерительной и регистрирующей аппаратуры таким образом, что погрешности измерений, возникающие непосредственно от самой ее установки, минимизируются.

Апробация платформы выполнена при торсиографировании судовой энергетической установки буксира-толкача РТ-372, пр. 911В. Судовая энергетическая установка теплохода РТв своем составе содержит две движительных установки, при этом движительная устаНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №3 2014

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

новка правого борта снабжена валогенератором. Закрепление платформы проводились в нескольких сечениях валовой линии, как для установки левого борта, так и для установки правого борта: на вале-коротыше, на упорном вале, на гребном вале. Таким образом, произведены измерения радиальных и осевых перемещений нескольких элементов торсиографирования, выполнена идентификации форм крутильных колебаний по приближению к узловым сечениям [3].

Технический результат использования платформы заключается в:

– использовании новых методов торсиографирования;

– варьировании исследуемыми сечениями валопровода;

– измерении осевых перемещений валопровода;

– измерении радиальных перемещений валопровода;

– возможности синхронного исследования осевых, радиальных и крутильных колебаний.

Вывод: использование платформы для установки и позиционирования навесных деталей на поверхности валов позволяет расширить номенклатуру измеряемых диагностических параметров судовых движительных установок и применить современную измерительную аппаратуру при торсиографировании, а также проводить полный, всесторонний и объективный анализ развития крутильных колебаний различных форм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Глушков, С.С. Современное оборудование для измерения крутильных колебаний элементов судовых установок / С.С.

Глушков // Реч. трансп. (XXI век). -2014. -№2(67). -С. 69.

2 Платформа для установки и позиционирования навесных деталей на поверхности валов: заявка 2014123488/ (038206) Рос. Федерация: МПК F 16 D 1/06, МПК F 16 B 21/00 / Глушков С.С.; заявитель Глушков С.С. -№2014123488/ (038206); заявл. 06.06.2014. -3 с.: ил.

3 Глушков, С.С. Расчет амплитуд свободных колебаний дискретных многомассовых систем / С.С. Глушков, Л.М. Коврижных // Науч. проблемы трансп. Сибири и Дал. Востока. -2008. -№2. -С. 162-164.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: платформа, позиционирование, вал, оборудование СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ: Глушков Сергей Сергеевич, канд. техн. наук, директор ООО «Мидель»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630004, г.Новосибирск, а/я 129, ООО «Мидель»

ОПРЕДЕНИЕ ФОРМ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ВЫСОКООБОРОТНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения»

DEFINITION FORM TORSIONAL VIBRATIONS HIGH-SPEED DIESEL ENGINES

Siberian state transport university I.A. Kruglov The calculation of natural frequencies and mode shapes determined by the transport of power plant with high-speed engines, with the use of mathematical modeling and the use of specialized programs.

Keywords: calculation, torsional vibrations, a high speed motor Выполнен расчет собственных частот и определены формы колебаний транспортной силовой установки с высокооборотным двигателем, с применением методов математического моделирования и использованием специализированных программ.

Мероприятия, направленные на снижение металлоемкости и увеличение частоты вращения двигателей внутреннего сгорания, неизбежно ведут к росту динамической нагруженности основных деталей, усиливается влияние колебаний в общей картине динамических процессов, происходящих в двигателе. К числу негативных явлений, происходящих в двигателе внутреннего сгорания, относятся крутильные колебания коленчатого вала. В настоящее время для исследования крутильных колебаний и практической реализации результатов исследований широко используются методы моделирования, идентификации, диагностики.

При теоретическом и экспериментальном анализе крутильных колебаний и установлении высоконагруженных участков системы, прежде всего определяют собственные частоты и формы колебаний.

Анализ крутильных колебаний не требует учета возможного резонанса по большому

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

числу собственных колебаний. Для этого достаточно анализа по низшим, первым трем из них, с которыми в рабочем диапазоне частот вращения могут резонировать гармонические амплитуды крутящего момента [1]. Однако в высокооборотных двигателях проявляется множество форм колебаний, которые, действуя, как отдельно, так и совместно, оказывают влияние на изменение динамических характеристик.

В настоящей работе произведен расчет собственных частот и определены формы колебаний транспортной силовой установки с высокооборотным двигателем 4Ч92/92 и трансмиссией автомобиля «Волга» ГАЗ-24, с применением методов математического моделирования и использованием специализированных программ. Крутильная схема для расчета силовой транспортной установки представленна на рисунке 1. Основные данные транспортной силовой установки представлены в таблице 1.

Рисунок 1 – Крутильно-колебательная схема транспортной силовой установки Таблица 1 – Основные данные транспортной силовой установки Крутильная схема транспортной силовой установки представлена на рисунке 1.

Значения моментов инерции сосредоточенных масс и крутильные жесткости участков представлены в таблице 2.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №3 2014

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Таблица 2 – Моменты инерции сосредоточенных масс и крутильные жесткости Собственные частоты и относительные амплитуды колебаний определены методом математического моделирования путем решения системы дифференциальных уравнений, описывающей крутильно-колебательное движение дискретной многомассовой системы вида:

где Ji – момент инерции i -ой массы;

ci,i 1 – крутильная жесткость вала между i -ой и i 1 -ой массой;

i – относительнаяамплитуда i -ой массы;

– собственная частота колебаний.

Расчет собственных частот и относительных амплитуд колебаний выполнен в программе для персонального компьютера, разработанной на базе пакета MathCAD 13, с применением матричных методов расчета. Определены границы диапазона собственных частот крутильных колебаний, подлежащих исследованию:

где nmax – максимальная частота вращения коленчатого вала;

v max – максимальный порядок рассматриваемой гармоники.

В исследуемом диапазоне частот 0-54000 колебаний/мин. обнаружено семь форм колебаний. Собственные частоты и соответствующие им относительные амплитуды представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Формы колебаний и относительные амплитуды колебаний масс На рисунке 2 представлены графические построения относительных амплитуд для первых четырех форм колебаний.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Рисунок 2 – Графическое представление форм колебаний Результаты расчета собственных частот и форм колебаний транспортной силовой установки с высокооборотным двигателем 4Ч92/92 и трансмиссией автомобиля «Волга» ГАЗ-24, отраженных в работе [2], представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Формы колебаний и относительные амплитуды колебаний масс Стоит отметить, что в работе [2] представлены 6 значений собственных частот и некорректно определены 4-узловая и 6-узловая форма колебаний, так как число узлов не соответствует количеству смен знака относительных амплитуд колебаний.

Расчет силовой транспортной установки по программе на базе пакета MathCAD 13, основанной на математическом моделировании собственных частот и форм колебаний, с применением матричных методов, позволяет достоверно определять множество значений собственных частот и соответствующих им форм колебаний во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя.

Определение форм крутильных колебаний методами математического моделирования дискретных крутильно-колебательных систем позволяет не только идентифицировать положение высоконагруженных участков, в которых при дальнейшей эксплуатации могут возникнуть усталостные трещины, но и является основополагающим при выборе мест установки измерительной аппаратуры при технической диагностике.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Глушков, С.С. Математическое моделирование динамических характеристик судовых валопроводов: дис.... канд. техн.

наук / С.С. Глушков. -Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2009. -167 с.

2 Чистяков, В.К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания: учеб. пособие для машиностроит. вузов по спец. «Двигатели внутрен. сгорания» / В.К. Чистяков. -М.: Машиностроение, 1989. -256 с.

3 Динамические характеристики ДВС / С.П. Глушков, С.С. Глушков, А.В. Савельев, А.С. Ярославцева // Сиб. науч. вестн. Новосибирск, 2007. -Вып. Х. -С. 164-168.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: расчет, крутильные колебания, высокооборотный двигатель СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ: Круглов Игорь Алексеевич, аспирант ФГБОУ ВПО «СГУПС»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630049, г.Новосибирск, ул.Д.Ковальчук, 191, ФГБОУ ВПО «СГУПС»

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛАЗЕРНОГО ТЕРМОУПРОЧНЕНИЯ ДЛЯ

ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ТРАНСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный педагогический университет»

ФГБУН «Институт теоретической и прикладной механики им. С.А.

Христиановича» Сибирского отделения РАН ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

В.В. Крашенинников, А.Г. Маликов, А.М. Оришич, А.О. Токарев, Э.Г. Шихалев

RESEARCH AND DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY OF LASER THERMOHARDENING FOR PRODUCERS OF AGRICULTURAL

MACHINERY

Novosibirsk state pedagogical university Khristianovich institute of theoretical and applied mechanics Novosibirsk state academy of water transport V.V. Krasheninnikov, А.G. Malikov, А.М. Orishich, A.O. Tokarev, E.G. Shikhalev The effectiveness of Laser thermal strengthening of steel is radically increase the surface hardness and wear resistance as compared to conventional methods by modification of the structure of metals specially prepared nanosized refractory compounds.

Keywords: laser thermal strengthening of alloys, resistance to wear by friction, nanopowder inoculator Эффективность лазерного термоупрочнения сталей заключаются в повышении твердости и износостойкости поверхности по сравнению с обычными методами за счет модифицирования структуры металлов специально подготовленными наноразмерными тугоплавкими соединениями.

В настоящее время имеется большое количество методов упрочнения поверхностных слоев деталей: термическая и химико-термическая обработка, закалка с нагреванием токами высокой частоты, с применением электронагрева, обработка электронным лучом и др.

Эти методы не обладают универсальностью и имеют ряд недостатков, в том числе: невозможность полной автоматизации процесса и трудность обработки локальных зон, низкая производительность, вредные условия работы (при химико-термической обработке возникают). Использование СО2-лазеров непрерывного действия повышенной мощности дает возможность упрочнять различные поверхности самых разных деталей машин. Нагрев при лазерной закалке не является объемным процессом, а осуществляется на поверхности, при этом не требуется применения охлаждающей среды, что упрощает технологию термоупрочнения. Лазерное термоупрочнение обеспечивает отсутствие деформации деталей и осуществляется при малом времени воздействия. Поверхностный характер лазерной закалки в отличие от закалки с объемным нагревом приводит к формированию на поверхности стальных изделий сжимающих остаточных напряжений, которые снижают чувствительность к концентраторам на поверхности. Именно возможность эксплуатации изделий без последующего отпуска, по сравнению с обычной закалкой, является одним из основных преимуществ лазерной закалки.

Температурный режим нагрева материала определяется плотностью мощности излучения лазера. При низкой плотности мощности (примерно до 103-104 Вт/см2) происходит нагрев материала без его плавления или испарения. С повышением этой величины примерно до 106-107 Вт/см2 материал плавится, а при плотности мощности излучения, превышающей 106Вт/см2, материал разрушается вследствие испарения. Расчеты показывают, что скорость нагрева при лазерном облучении очень высока – до 106 град/с.

Изменяя мощность и время воздействия лазерного излучения на обрабатываемые учаНаучные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

стки поверхности материала, можно получить широкий спектр структурных состояний. При экстремально высоких скоростях охлаждения, наблюдаемых при лазерном глазуровании, у ряда сплавов могут быть зафиксированы аморфные структуры. Поверхностное упрочнение стали может быть достигнуто нагревом до температуры аустенизации с последующим быстрым охлаждением, приводящим к мартенситному превращению структуры. Мартенсит характеризуется повышенной твердостью. Быстрый нагрев и требуемая глубина обработки (обычно менее 0,5 мм) достигаются при лазерном нагреве сканируемым расфокусированным лазерным лучом. После удаления источника нагрева происходит естественное охлаждение вследствие отвода тепла в толщу металла. Скорость нагрева поверхности может достигать 104 град/с. Охлаждение происходит со скоростью порядка величин 103-104 град/с. Типичное значение интенсивности энергии нагрева при термической обработке ~104 Вт/см2 при желательном поперечнике луча около 1 см. Термическую обработку больших участков производят мощными килoваттными СО2-лазерами. Скорость сканирования определяется толщиной слоя упрочнения и площадью сечения луча и составляет обычно 1-10 см/с.

Определение температуры в поверхностном слое металла Т в полубесконечной среде с постоянными теплофизическими коэффициентами, движущейся со скоростью V относительно ограниченного поверхностного источника тепла q x, y, связано с вычислением интеграла и предполагает использование численных методов [1] Здесь и в дальнейшем начальная температура материала принимается за нулевую температуру и использованы обозначения:

– коэффициент теплопроводности;

– коэффициент температуропроводности;

– полная мощность лазерного пучка;

– коэффициент поглощения лазерного излучения поверхностью материала;