Технические науки/4. Транспорт

С.М. Овчаренко, В.А. Минаков

Омский Государственный Университет Путей Сообщения

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРЕДОТКАЗНОГО СОСТОЯНИЯ

ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ

На большинстве видов транспорта дизель является основным преобразователем химической энергии топлива в механическую. Наиболее широкое распространение дизели получили на водном и железнодорожном транспорте. Практически с самого начала их эксплуатации возникла проблема организации оптимальной системы технического обслуживания и ремонта. Деталями, лимитирующими межремонтный пробег, являются детали шатунно-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. Именно детали этих групп подвержены значительным тепловым и динамическим нагрузкам. Наличие трения скольжения между парами шейка коленчатого вала - подшипник скольжения, компрессионные кольца – цилиндровая втулка, поршневой палец – втулка верхней головки шатуна и другими приводит к интенсивному изнашиванию деталей. На процесс изнашивания деталей оказывает воздействие множество случайных факторов, что приводит к формированию поля рассеяния ресурса дизелей. Классический закон изнашивания деталей предполагает наличие трех этапов: приработка деталей (интенсивное изнашивание); процесс нормального изнашивания (основной период эксплуатации); период интенсивного изнашивания при достижении предельных параметров износа. Для оценки текущего технического состояния дизеля применим ряд методов: газоаналитический; параметрический; виброакустический; тепловой; спектрального анализа моторного масла и другие. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. Среди целого спектра разработанных методов оценки технического состояния тепловозного дизеля следует выделить метод, основанный на анализе содержания продуктов износа в моторном масле. Гарантированная подача смазочного материала в зону контакта пар трения обеспечивает удаление частиц износа. Таким образом, в моторное масло попадают частицы металла, которые несут информацию о степени износа деталей, лимитирующих межремонтный пробег. В настоящее время для оценки концентрации продуктов износа наиболее широкое применение получили эмиссионный и атомно-адбсорционный спектральный анализ. Периодически контролируя уровень концентрации продуктов износа в моторном масле можно оценить степень износа деталей. Следует отметить, что химический состав материалов деталей дизеля различен, что позволяет для каждого типа дизелей подобрать комбинацию контролируемых химических элементов для реализации алгоритма идентификации износа различных групп деталей. Наиболее трудно решаемой задачей является идентификация начала процесса интенсивного изнашивания одной или нескольких деталей. Так, например, конструкция тепловозного шестнадцати цилиндрового дизеля типа Д49 включает восемь шатунных подшипников и девять коренных, при износе которых в моторное масло поступает свинец и олово, содержащееся в баббите заливки. Задача диагностической модели заключается в установлении факта поступления свинца и олова при интенсивном изнашивании только одного вкладыша, установленного, например, с перекосом. Для решения этой задачи применимы искусственные нейронные сети. Нейронные сети - исключительно мощный метод моделирования, позволяющий воспроизводить чрезвычайно сложные зависимости. В частности, нейронные сети нелинейны по своей природе, что делает их применимыми для решаемой задачи. На рисунке представлена нейронная сеть для идентификации процесса интенсивного изнашивания отдельных деталей тепловозного дизеля.

В нейронной сети входными сигналами (X_i), служат скорости накопления в моторном масле химических элементов, поступающих с контролируемых деталей ( Fe, Cu, Pb, Sn, Cr и т.д.), которые поступают на первый слой нейронов. Весовые коэффициенты (w_i) получают в процессе обучения сети по обучающей выборке, полученной по результатам моделирования процесса изнашивания деталей и накопления продуктов износа в моторном масле. С учетом весовых коэффициентов с каждого нейрона первого слоя сигналы поступают на нейроны второго слоя, где рассчитывается суммарный сигнал (Σ_i). Для установления порогового уровня включения нейрона использована сигмоидальная функция:

Включения каждого нейрона второго слоя означает наличие процесса интенсивного изнашивания деталей различных групп.

Рис. Нейронная сеть

Применение аппарата искусственных нейронных сетей позволяет с достаточно высокой достоверностью выделить на фоне нормального изнашивания деталей тепловозного дизеля факт предотказного состояния. В качестве достоинства рассматриваемого метода диагностики следует отметить отсутствие необходимости отвлечения тепловоза из эксплуатации, что позволяет повысить коэффициент его технического использования.