Разработка методики виброакустического диагностирования форсунок и топливных насосов высокого давления дизельных двигателей в полевых условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кирдищев Дмитрий Владимирович

• Кирдищев Дмитрий Владимирович
• кандидат наук
• 2026

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики виброакустического диагностирования форсунок и топливных насосов высокого давления дизельных двигателей в полевых условиях»

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В последние годы сельхозтоваропроизводители все чаще сталкиваются с проблемой износа машинно-тракторного парка и недостаточным его сервисным обслуживанием. В 2022 г. в сельскохозяйственных организациях Центрального федерального округа (ЦФО) насчитывалось 46773 тракторов различных модификаций, что в 2,3 раза меньше уровня 2005 г. Сельскохозяйственные организации Брянской области также столкнулись с сокращением тракторного парка за период 2005-2022 гг. с 4784 ед. до 2829 ед.

В течение последних двадцати лет хозяйства выполняют основные объемы ремонтных работ собственными силами, используя в основном детали списанных машин. Однако этот резерв себя уже исчерпал, о чем свидетельствует уменьшение числа таких машин, стабилизация и повышение объемов ремонтных работ с использованием покупных запасных частей, агрегатов и ремкомплектов. На ряду с этим на многих предприятиях не выполняется своевременное диагностирование, что приводит к неравномерному износу топливной аппаратуры, а в конечном итоге к перерасходу дизельного топлива и повреждение отдельных узлов двигателя. Таким образом, использование вибродиагностирования позволит оптимизировать объем ремонт и избежать необоснованной разборки двигателя.

Исследования показали, что на некоторых новых дизелях, возможны дефекты, которые встречаются при наработке более 2000 моточасов. Применение современной методики диагностирования и внедрение нового универсального контрольно-диагностического оборудования позволит улучшить качество ремонта дизельных двигателей.

Техническое диагностирование обеспечивает своевременное достоверное выявление дефектов и прогнозирование технического состояния. Техническое диагностирование, обеспечивая достоверное прогнозирование остаточного ресурса, повышает надежность ТА, что необходимо для нормальной эксплуатации дизеля и планирования его работы.

Диагностирование топливной аппаратуры (ТА) дизельного двигателя наиболее затратная операция по времени. Большинство методов диагностирования предполагает частичную разборку двигателя, что увеличивает себестоимость работ. Поэтому разработка новых методов диагностирования является актуальной задачей.

Диссертационная работа выполнена на кафедре технического сервиса ФГБОУ ВО Брянского ГАУ. В 2016 г. по заказу Министерства сельского хозяйства РФ выполнялась научно-исследовательская работа «Повышение эффективности технической эксплуатации автомобилей и тракторов в аграрном секторе Российский Федерации за счет совершенствования системы диагностирования».

Степень разработанности. Разработке технического обслуживания и диагностике топливной аппаратуры дизелей посвящены исследования: Н.С. Ждановского, А.В. Николаенко, А.Д. Ананьина, И.И. Габитова, Л.В. Грехова, С.А. Иофинова. В свою очередь, аспектами методики вибродиагностирования занимались: Б.В. Павлов, В.А. Аллилуев, Г.А. Бигус, А.Н. Гаврилин, Н.В. Грунтович, В.Н Костюков, В.В. Петрухин. Вопросы математических моделей и методов в теории технического диагностирования отражены в работах: В.Н. Волковой, В.Н. Козлова. В то же время в исследованиях этих ученых недостаточно полно освящены моменты методики технического виброакустического диагностирования форсунок и топливного насоса высокого давления на основе измерения и анализа виброакустических характеристик.

Цель исследования: Совершенствование методики определения степени износа элементов топливной аппаратуры по спектрам вибрации работающего дизеля для обеспечения экономичности и долговечности сельскохозяйственной техники.

Задачи исследования:

1. Определить диагностические параметры износа дизельной форсунки и топливного насоса высокого давления по спектрам вибрации.

2. Построить диагностические модели технического состояния дизельной форсунки и топливного насоса высокого давления по спектрам вибрации на основе эталонов.

3. Определить степень износа элементов дизельной форсунки и топливного насоса высокого давления на основе теории распознавания образов (эталонов).

4. Разработать методику измерения виброакустических характеристик дизельных форсунок и топливных насосов высокого давления во время работы дизеля в полевых и заводских условиях.

5. Оценить технико-экономические показатели результатов исследований.

Объектом исследования является топливные форсунки дизельных двигателей и топливные насосы высокого давления, используемые в сельскохозяйственной технике.

Предмет исследования: параметры технического состояния дизельных форсунок и топливных насосов высокого давления при изменении параметров режимов работы.

Место проведения исследования:

Учебные мастерские Брянского ГАУ Выгоничского района Брянской области.

Дилерский технический сервис ООО «Агрозапчасть» с. Супонево Брянской области.

В полевых условиях АПХ «Мираторг» Выгоничского района Брянской области.

Ремонтные мастерские ОАО «Гомельоблагросервис» г. Гомель.

Ремонтные мастерские ООО «Агромашсервис» с. Супонево Брянской области.

Ремонтные мастерские ООО «Брянская мясная компания» Трубчевского района Брянской области.

Ремонтные мастерские в колхозе «Авангард» Мглинского района Брянской области.

Научная новизна

1. Разработана методика измерения виброакустических характеристик элементов топливной аппаратуры в ремонтных мастерских и в полевых условиях.

2. Разработан способ технического диагностирования дизельных двигателей, основанный на анализе спектров вибрации топливной аппаратуры и отличающийся от существующих способов возможностью определения степени износа топливной аппаратуры в полевых условиях. Патент РФ №2667738 от 24 сентября 2018 г. RU 2667738 С2.

3. Разработаны диагностические модели топливной аппаратуры дизельных двигателей на основе анализа спектров вибрации эксплуатационных режимов, позволяющие повысить достоверность степени износа элементов топливной аппаратуры.

4. На основе теории распознавания образов, вероятностно-статистических методов, бинарных признаков, Байеса и Вальда разработаны алгоритмы определения степени износа элементов топливной аппаратуры по спектрам вибрации в полевых условиях.

5. Разработаны алгоритмы построения диагностических моделей топливных форсунок и ТНВД, основанные на анализе спектров вибрации и отличающиеся определением степени износа элементов топливной аппаратуры во время работы дизеля в эксплуатационных режимах.

Достоверность результатов обеспечена многочисленными экспериментами дизельных двигателей различных производителей в эксплуатационных режимах, а также сравнением спектров вибрации топливной аппаратуры до ремонтных и после ремонтных работ на основе сравнения диагностических моделей элементов топливной аппаратуры.

Практическая значимость работы. - В повышении экономичности и долговечности дизельных двигателей за счет выявления дефектов и степени износа элементов топливной аппаратуры по спектрам вибрации в полевых условиях в штатных режимах работы дизеля;

- оптимизация объема ремонтных работ дизельных двигателей по результатам вибродиагностирования в полевых условиях;

- обеспечение контроля качества ремонтных работ по виброакустическим характеристикам дизельных двигателей.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты сравнения экспериментальных исследований дизельных форсунок на диагностических стендах и в полевых условиях;

- метод измерения виброакустических характеристик топливных форсунок и топливных насосов высокого давления во время работы дизеля в полевых и заводских условиях в частотном диапазоне от10 до 500 Гц.;

- классификация технического состояния форсунок и топливных насосов на основе методов бинарных признаков, Байеса, последовательного анализа (Вальда);

- способ расшифровки спектров вибрации и дефектов дизельных форсунок и топливных насосов высокого давления, где каждому дефекту определена своя частота вибрации;

- алгоритмы и математические модели анализа технического состояния дизельных форсунок и топливного насоса высокого давления на основе теории распознавания образов;

- разработанные эталоны оценки технического состояния дизельных форсунок и топливных насосов по спектрам вибрации.

Личный вклад автора: проведены практические исследования в ремонтных мастерских и в полевых условиях; разработана методика технического виброакустического диагностирования форсунок и топливного насоса высокого давления; проведено математическое обоснование полученных данных и анализ с применением вероятностно - статистических методов.

Реализация результатов исследований Разработка методики виброакустического диагностирования топливной аппаратуры дизельных двигателей внедрена в ООО «Брянская мясная компания» Трубчевского района Брянской области, в колхозе «Авангард» Мглинского района Брянской области, в учебный процесс Инженерно-технологического института ФГБОУ ВО Брянского ГАУ. По материалам настоящей работы получены патент РФ №2667738 от 24 сентября 2018 г. RU 2667738 C2.

Апробация работы

Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на:

IV Международной научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Энергосбережение и эффективность в технических системах» (Тамбовский государственный технический университет, Тамбов, 2017 г.);

Международной научно-практической конференции «Техническое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве» (Белорусский государственный аграрный технический университет, г. Минск, 2017 г.);

Международной научно-практической конференции «Современные проблемы освоения новой техники, технологий, организации технического сервиса в АПК» (Белорусский государственный аграрный технический университет, г. Минск. 2018 г.);

Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы энергообеспечения, автоматизации, природопользования и строительства в АПК» (ФГБОУ ВО Брянский ГАУ, г. Брянск., 2018 г.);

Международной научно-технической конференции «Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК» (ФГБОУ ВО Брянский ГАУ, г. Брянск., 2019 г., 2020 г., 2022 г.);

Национальной научно-практической конференции с международным участием «Модернизация и повышение качества технического обслуживания

сельскохозяйственной техники» (ФГБОУ ВО Ярославская ГСХА, г. Ярославль, 2020г.);

Результаты работы экспонировались на 18-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва, ВДНХ, 4-7 октября, 2016 г.) и награждены серебряной медалью «За успешное внедрение инноваций в сельское хозяйство».

Перспективы исследований. Необходимо продолжить научные и практические исследования по разработке методики виброакустического диагностирования дизелей, по результатам которой можно будет выявить дефекты газораспределительного механизма, цилиндропоршневой группы и подшипников скольжения коленчатого вала с последующей разработкой компьютерной программы технического состояния дизельного двигателя.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 25 научных работ, в их числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патент, 20 статьи в других изданиях.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка используемой литературы из 139 наименований. Работа изложена на 166 страницах, из них 141 стр. -основная часть, содержащая 60 иллюстраций, 20 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Кирдищев Дмитрий Владимирович

Заключение

1. Существующее методическое и приборное обеспечение, не позволяет выполнять техническое диагностирование в полевых условиях при этом основным недостатком современных способов диагностирования топливной аппаратуры является необходимость демонтажа топливных форсунок с двигателя, который влечет за собой длительный простой техники даже если нет необходимости в ремонте.

2. На основании расшифрованных спектров вибрации дизельных форсунок и ТНВД определены информативные частоты 24-27Гц, 49-58Гц, 7388Гц, 98-115Гц, 136-140 Гц устанавливающий взаимосвязь между амплитудой вибрации и дефектами дизельных форсунок и ТНВД.

3. В результате экспериментальных исследований установлено:

- зависимость увеличения амплитуды вибрации на частотах 136-140 Гц от качества поверхности сопряжения кулачек роликовый толкатель, а амплитуда вибрации более 92 дБ на частоте 24-27 Гц свидетельствует о преобладании дефектов в виде углублений, вызванных ударом ролика после его отрыва от поверхности кулачка;

- особенность диагностирования сопловых отверстий на 1=73-88 Гц. Так, амплитуда менее 60 дБ на частоте 1=73-88 Гц свидетельствует о закоксованности сопловых отверстий, а амплитуда более 90 дБ на этой же частоте является результатом увеличенных диаметров сопловых отверстий, приводящий к увеличению расхода топлива, следовательно, оба состояния являются неисправными. Таким образом, за состояние с отсутствием износа принята амплитуда новой форсунки. Амплитуда выше 79 дБ частоте 1=73-88 Гц характеризует состояние форсунки при увеличении диаметров сопловых отверстий, а амплитуда ниже 76 дБ состояние при закоксованности сопловых отверстий.

4. На основании экспериментальных данных по анализу частот амплитуды вибрации дизельных форсунок и ТНВД, и теории распознавания образов построены диагностические модели технического состояния элементов ТА.

5. Разработана методика определения степени износа дизельных форсунок и ТНВД на основании теории распознавания образов (эталонов) согласно которой выбираются информативные частоты и амплитуды вибрации, характеризующие состояние ТА в результате чего, присваивается соответствующий диагноз дизельной форсунки и ТНВД.

6. Применение методики виброакустического диагностирования топливной аппаратуры дизельного двигателя Д-243 в ремонтных мастерских позволит сельхозтоваропроизводителю сэкономить от 7 ц до 32 ц топлива (в зависимости от количества неисправных форсунок и наработки моточасов), получить коммерческий эффект от 36186 до 101017 руб. при сроке окупаемости капиталовложений по варианту 2 - 5,4 года, а по варианту 3 - 1,9 лет.

Основные положения диссертации опубликованы

в следующих работах Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Кирдищев, Д. В. Вибродиагностирование дизелей сельскохозяйственной техники / Д. В. Кирдищев, В. В. Витько // Инновации в АПК : проблемы и перспективы. - 2016. - № 1 (9). - С. 10-15.

2. Кирдищев, Д. В. Применение метода последовательного анализа при выявлении дефектов топливной аппаратуры дизеля / Д. В. Кирдищев // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. - 2022. - № 4 (49). - С. 1217.

3. Грунтович, Н. В. Применение вероятностно-статистических методов при выявлении дефектов дизельной форсунки / Н. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев // Вестник Брянской ГСХА. - 2024. - № 1 (101). - С. 58-62.

4. Грунтович, Н. В. Вероятностно-статистические методы при выявлении дефектов топливной аппаратуры дизеля по виброакустическим спектрам / Н. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев, Д. Н. Кирдищева // Техника и оборудование для села. - 2024. - № 2 (320). - С. 43-47.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кирдищев Дмитрий Владимирович, 2026 год

Публикации в рецензируемых научных изданиях

5. Лавров В.И. Диагностирование и регулировки топливных форсунок/ Лавров В.И., Кирдищев Д.В.// Журнал Агроконсультант. 2016 №5. С.40-42

6. Кирдищев, Д. В. Техническое диагностирование топливных форсунок на стендах в ремонтных мастерских / Д. В. Кирдищев, В. И. Лавров // Вестник Брянской ГСХА. - 2016. - № 5 (57). - С. 65-69.

7. Грунтович, Н. В. Вибродиагностирование топливных форсунок на работающем двигателе / Н. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев // Агротехника и энергообеспечение. - 2016. - Т. 2, № 4 (13). - С. 47-55.

8. Грунтович, Н. В. Техническое диагностирование форсунок дизелей во время их работы / Н. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев // Техническое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве: сб. науч. ст. междунар. науч.-практ. конф., Минск, 22-24 ноября 2017 г. / редкол. : В. П. Чеботарев и др. - Минск : БГАТУ, 2017. - С. 460-463. - ISBN 978-985-519-869-8.

9. Грунтович, Н. В. Разработка диагностической модели дизельных форсунок по результатам вибродиагностирования / Н. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев, В. Б. Попов // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого. - 2017. - № 2 (69). - С. 18-24.

10. Грунтович, Н. В. Вибродиагностирование топливного насоса высокого давления на работающем двигателе / Н. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев // Актуальные проблемы энергосбережения и энергоэффективности в технических системах : тез. докл. IV-й междунар. конф. с элементами науч. шк, 10-12 июля 2017 г. / Министерство образования и науки Российской Федерации ; Российский фонд фундаментальных исследований ; ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет» ; отв. ред. Т. И. Чернышова. - Тамбов : Изд-во Першина Р.В., 2017. - С. 396-397.

11. Грунтович, Н. В. Техническое диагностирование дизельных двигателей по спектрам вибрации корпуса для обеспечения долговечности, безотказности и экономичности / Н. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев // Современные проблемы освоения новой техники, технологий, организации технического сервиса в АПК: материалы междунар. науч.-практ. конф. «Белагро-2018», Минск, 7-8 июня 2018 г. / редкол.: Н. Н. Романюк и др. -Минск: БГАТУ, 2018. - 452 с.

12. Кирдищев, Д. В. Построение диагностической модели дизельных форсунок по результатам вибродиагностирования / Д. В. Кирдищев // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК : сб. материалов междунар. науч.-техн. конф., 28-29 апреля 2018 г. - Брянск : Брянский ГАУ, 2018. - С. 53-57.

13. Классификация средств технического диагностирования / О. Е. Широбокова, Д. В. Кирдищев, И. С. Новиков, Д. И. Первушов // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК : сб. материалов междунар. науч.-техн. конф., 27-28 апреля 2019 г. -Брянск : Брянский ГАУ, 2019. - 281 с.

14. Кирдищев, Д. В. Основные неисправности топливного насоса высокого давления / Д. В. Кирдищев // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК : сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. - Брянск : Брянский ГАУ, 2020. - С. 77-79.

15. Кирдищев, Д. В. Техническое диагностирование топливных форсунок на стендах в ремонтных мастерских / Д. В. Кирдищев // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК : сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. - Брянск : Брянский ГАУ, 2020. - С. 73-76.

16. Грунтович, Н. В. Методика технического диагностирования топливной аппаратуры дизельных двигателей по виброакустическим спектрам /

H. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев // Повышение эффективности и надежности техники и оборудования для АПК : сб. науч. тр. по материалам нац. науч. -практ. конф. с междунар. участием. - Ярославль : Изд-во ФГБОУ ВО Ярославская ГСХА, 2021. - С. 17-22.

17. Кирдищев, Д. В. Применение методов Байеса при выявлении дефектов топливной аппаратуры по виброакустическим характеристикам во время работы дизеля / Д. В. Кирдищев // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. - 2021. - №

I. - С. 92-99.

18. Грунтович, Н. В. Применение метода Байеса при выявлении дефектов топливной аппаратуры дизеля по виброакустическим характеристикам / Н. В. Грунтович, Д. В Кирдищев // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК: сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. - Брянск : Брянский ГАУ, 2022. - С. 65-69.

19. Кирдищев, Д. В Диагностирование дизельных форсунок на стендах в ремонтных мастерских / Д. В. Кирдищев // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК : сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. - Брянск: Брянский ГАУ, 2022. - С. 103-107.

20. Кирдищев, Д. В. Проблемные вопросы вибродиагностирования топливной аппаратуры дизельных двигателей во время работы / Д. В Кирдищев // Современные проблемы машиноведения: сб. науч. тр. В 2 ч. Ч. 2 / М-во образования Респ. Беларусь; под общ. ред. А. А. Бойко. - Гомель : ГГТУ им. П. О. Сухого, 2023. - 349 с.

21. Грунтович, Н. В. Применение метода Вальда при выявлении дефектов топливных форсунок дизеля / Н. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК : сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. - Брянск: Брянский ГАУ, 2023. - С. 99-105.

22. Грунтович, Н. В. Вибродиагностирование топливных форсунок во время работы дизеля / Н. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК : сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. - Брянск : Брянский ГАУ,

2023. - С. 95-98.

23. Гринь, А.М., Вибродиагностирование дизельных форсунок. / А. М. Гринь, Д. В. Кирдищев // методическое пособие для студентов инженерно-технологического института, осваивающих образовательные программы бакалавриата по направлениям подготовки: 35.03.06 Агроинженерия, 23.03.02 Наземные транспортно-технологические комплексы / Брянск : Брянский ГАУ,

2024. - 41 с.

24. Грунтович, Н. В. Использование вероятностно-статистических методов при диагностировании дизельной форсунки / Н. В. Грунтович, Д. В. Кирдищев // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК : сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. -Брянск : Брянский ГАУ, 2024. - С. 73-77.

25. Вибродиагностирование дизельных двигателей тракторов в полевых условиях / Н. В. Грунтович, А. А. Молочко, Д. В. Кирдищев // Техническое и кадровое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве : материалы междунар. науч.-практ. конф. - Минск : БГАТУ, 2024. - С. 21-24.

26. Кирдищев, Д. В Вибродиагностирование топливных форсунок на работающем дизеле. / Д. В. Кирдищев // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК: сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. - Брянск : Брянский ГАУ, 2025. - С. 39-42.

Патент

27. Способ определения технического состояния форсунок на работающем двигателе: пат. 2667738 Рос. Федерация: МПК Б02М 65/00 / Грунтович Н.В., Грунтович Н.В., Кирдищев Д.В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Брянский государственный аграрный университет". - № 2017108026; заявл. 10.03.2017; опубл. 24.09.2018, Бюл. 26.