Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах

Рассмотрены вопросы повышения эффективности диагностирования системы крепления корпуса и механизмов двигателей внутреннего сгорания путем определения отклика виброакустического поля на внешних поверхностях корпусных деталей для проведения стендовых испытаний. Выполнены экспериментальные исследования...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
Hauptverfasser:	Оксень, Д.Е., Оксень, Е.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Schriftenreihe:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102017
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах / Д.Е. Оксень, Е.И. Оксень // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 1. — С. 35-38. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-102017
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1020172016-06-10T03:03:26Z Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах Оксень, Д.Е. Оксень, Е.И. Научно-технический раздел Рассмотрены вопросы повышения эффективности диагностирования системы крепления корпуса и механизмов двигателей внутреннего сгорания путем определения отклика виброакустического поля на внешних поверхностях корпусных деталей для проведения стендовых испытаний. Выполнены экспериментальные исследования влияния дефектов подвески и механизмов двигателей внутреннего сгорания на распределение виброакустической энергии по внешним поверхностям корпусных деталей. Методология исследования заключается в фиксации колебаний поверхности корпусных деталей как отклика совокупности всех колебательных процессов, протекающих в двигателях при стационарных режимах работы и построении так называемой виброакустической карты. Точные координаты максимумов концентрации энергии могут быть определены привязкой виброакустической карты к топологии корпуса двигателя, что может быть использовано для локализации дефектов механизмов и систем во время технической диагностики. Метод виброакустических карт рекомендуется для практического использования при диагностировании двигателей внутреннего сгорания и других сложных технических систем. The paper deals with the issues of improving the effectiveness of diagnosing the systems of fastening the case and mechanisms of internal combustion engines by determination of the vibroacoustic field response on outer surfaces of case parts for bench testing. Experimental investigations were performed of the influence of defects in suspension and mechanisms of internal combustion engines on vibroacoustic energy distribution over the case part outer surfaces. Investigation procedure consists in recording the vibrations of case part surfaces as a response of the totality of all the vibrational processes running in the engines in stationary operating modes and plotting the so-called vibroacoustic map. Accurate coordinates of energy concentration maximums can be determined by matching the vibroacoustic map to engine case topology that can be used to localize the defects of mechanisms and systems during engineering diagnostics. Method of vibroacoustic maps is recommended for practical application at diagnosis of internal combustion engines and other complex engineering systems. 2014 Article Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах / Д.Е. Оксень, Е.И. Оксень // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 1. — С. 35-38. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102017 620.19.30 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Оксень, Д.Е. Оксень, Е.И. Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Рассмотрены вопросы повышения эффективности диагностирования системы крепления корпуса и механизмов двигателей внутреннего сгорания путем определения отклика виброакустического поля на внешних поверхностях корпусных деталей для проведения стендовых испытаний. Выполнены экспериментальные исследования влияния дефектов подвески и механизмов двигателей внутреннего сгорания на распределение виброакустической энергии по внешним поверхностям корпусных деталей. Методология исследования заключается в фиксации колебаний поверхности корпусных деталей как отклика совокупности всех колебательных процессов, протекающих в двигателях при стационарных режимах работы и построении так называемой виброакустической карты. Точные координаты максимумов концентрации энергии могут быть определены привязкой виброакустической карты к топологии корпуса двигателя, что может быть использовано для локализации дефектов механизмов и систем во время технической диагностики. Метод виброакустических карт рекомендуется для практического использования при диагностировании двигателей внутреннего сгорания и других сложных технических систем.
format	Article
author	Оксень, Д.Е. Оксень, Е.И.
author_facet	Оксень, Д.Е. Оксень, Е.И.
author_sort	Оксень, Д.Е.
title	Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах
title_short	Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах
title_full	Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах
title_fullStr	Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах
title_full_unstemmed	Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах
title_sort	исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102017
citation_txt	Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах / Д.Е. Оксень, Е.И. Оксень // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 1. — С. 35-38. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT oksenʹde issledovanieosobennostejvibroakustičeskogopolâdvigatelâvnutrennegosgoraniâsdefektamivkinematičeskihparah AT oksenʹei issledovanieosobennostejvibroakustičeskogopolâdvigatelâvnutrennegosgoraniâsdefektamivkinematičeskihparah
first_indexed	2025-07-07T11:43:12Z
last_indexed	2025-07-07T11:43:12Z
_version_	1836988333218070528
fulltext	35ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 УДК 620.19.30 ИсслЕДОВАНИЕ ОсОБЕННОсТЕй ВИБРОАКУсТИчЕсКОгО ПОля ДВИгАТЕля ВНУТРЕННЕгО сгОРАНИя с ДЕфЕКТАМИ В КИНЕМАТИчЕКИх ПАРАх Д. Е. ОКСЕНЬ, Е. И. ОКСЕНЬ Автомоб. дорожный ин-т Донецкого нац. техн. ун-та. 84646, Украина, г. горловка, ул. Кирова, 51. E-mail: inst@adidonntu.org.ua Рассмотрены вопросы повышения эффективности диагностирования системы крепления корпуса и механизмов двига- телей внутреннего сгорания путем определения отклика виброакустического поля на внешних поверхностях корпус- ных деталей для проведения стендовых испытаний. Выполнены экспериментальные исследования влияния дефектов подвески и механизмов двигателей внутреннего сгорания на распределение виброакустической энергии по внешним поверхностям корпусных деталей. Методология исследования заключается в фиксации колебаний поверхности корпус- ных деталей как отклика совокупности всех колебательных процессов, протекающих в двигателях при стационарных режимах работы и построении так называемой виброакустической карты. Точные координаты максимумов концентра- ции энергии могут быть определены привязкой виброакустической карты к топологии корпуса двигателя, что может быть использовано для локализации дефектов механизмов и систем во время технической диагностики. Метод вибро- акустических карт рекомендуется для практического использования при диагностировании двигателей внутреннего сгорания и других сложных технических систем. Библиогр. 8, рис. 4. К л ю ч е в ы е с л о в а : двигатель внутреннего сгорания, дефект, диагностика, виброакустическая эмиссия, виброа- кустическое поле, виброакустическая карта Диагностирование технических систем, состо- ящих из целого ряда механизмов с подвижными звеньями, является сложной задачей. При оценке технического состояния таких систем основной проблемой является локализация возможных де- фектов. Обеспечив эффективный контроль ви- брационных процессов, возникающих во время работы машин и механизмов, можно выявить неисправности на самых начальных стадиях раз- вития. Это позволит не только предотвратить возникновение аварийных ситуаций, но и значи- тельно снизить затраты на устранение неисправ- ностей, так как данная методика не требует раз- борки диагностируемого механизма [1,2]. Таким образом, тема, направленная на исследо- вание процесса излучения двигателем внутреннего сгорания (далее ДВс или двигатель) вибрационных волн, вызванных динамическим взаимодействием его кинематических звеньев с целью выявления осо- бенностей, свидетельствующих о наличии дефектов в механизмах и деталях, актуальна [3]. Ранее были проведены исследования, направлен- ные на разработку методики оценки ресурса кине- матических пар механизмов двигателя по энергии сигналов акустической эмиссии на основе критерия мощности амплитуд сигнала. Авторы предлагают осуществлять диагностирование технического со- стояния кинематических пар двигателя путем циф- ровой фиксации сигналов виброакустической эмис- сии, возникающих при его работе [4, 5]. Данные исследования создают предпосылки для углубленного изучения влияния дефектов под- вески и механизмов двигателя на распределение энергии колебаний во внешних поверхностях кор- пусных деталей. цель работы – повышение эффективности диа- гностирования системы крепления корпуса и меха- низмов ДВс путем определения отклика виброаку- стического поля на внешних поверхностях деталей ДВс для проведении стендовых испытаний. Объект исследования – процесс излучения двигателем виброакустических волн, вызванных динамическим взаимодействием его кинематиче- ских звеньев. Задача работы – экспериментальные исследова- ния влияния дефектов подвески и механизмов ДВс на распределение виброакустической энергии по внешним поверхностям корпусных деталей. Разработка методики и аппаратуры. В дан- ной работе под виброакустической картой (ВАК) понимается набор значений величин параметров колебательных процессов и упругих деформаций для всех точек тела. При построении ВАК исполь- зован массив данных, полученный последователь- ной установкой преобразователя виброакусти- ческой эмиссии на поверхность корпуса ДВс по решетке 7×7 с шагом 7 см. Полученные отрезки данных синхронизированы по сигналу с датчи- ка угловой скорости. Эксперимент проводили на двигателе автомобиля ВАЗ-21011, а измерения – на специально разработанной экспериментальной © Д. Е. Оксень, Е. И. Оксень, 2014 36 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 установке, состоящей из электродвигателя 1, ДВс – 2 и панели управления 3 (рис. 1). Одновременно фиксировались два параметра – виброакустиче- ские колебания корпусных деталей и угловая ско- рость вращения коленчатого вала ДВс. Методология исследования заключается в фик- сации колебаний поверхности корпусных деталей как отклика совокупности всех колебательных процессов, протекающих в ДВс в стационарных режимах работы. Процесс измерений включает следующие этапы: разбивку исследуемого участ- ка поверхности ДВс на прямоугольную сетку с постоянным шагом и фиксацию значения величин отклика в узлах измерительной сетки. фиксацию сигналов виброакустических коле- баний корпусных деталей выполняли пьезоэлек- трическим широкополосным преобразователем виброакустической эмиссии 3 (рис. 2). Пьезо- электрические сигналы были нормализованы при помощи четырехканального усилителя за- ряда 2 модели сА-2614 и подавались на модуль аналого-цифрового преобразователя 4 модели ADA-1406. Угловая скорость фиксировалась ана- логовым датчиком на основе генератора посто- янного тока. Запись сигналов вели при помощи компьютера 1. Дальнейшую обработку полученных данных выполняли на основе предположения, что харак- тер колебания всех деталей ДВс цикличен в со- ответствии с тактами рабочего процесса и неиз- менно повторяется для каждого последующего цикла. Для анализа использовали фрагменты сиг- налов виброакустической эмиссии равной длины. синхронизация данных осуществлялась по пока- заниям датчика угловой скорости таким образом, чтобы синхронизированные отрезки сигналов могли считаться полученными при одном и том же положении коленчатого вала. Преобразовав виброакустические сигналы в векторы спектраль- ной характеристики и сопоставив их с учетом ге- ометрического положения на поверхности ДВс точек, в которых они были измерены, получим поверхность – ВАК, характеризующую интенсив- ность виброакустических процессов, протекаю- щих в той или иной части ДВс. Для записи сигналов была разработана про- грамма Writer-v306, позволяющая выполнять не- обходимое количество циклов записи рациональ- ной длины в рамках одного измерения (рис. 3). число циклов записи определяется количе- ством точек в схеме разбивки исследуемой по- верхности, длина каждого цикла принимается та- кой, чтобы объем каждого из записанных файлов не превысил объем оперативной памяти компью- тера. Программа обеспечивает автоматическую нумерацию файлов в соответствии с порядковым номером точки измерения. Также предусмотрена возможность двух-, четырех- и восьмикратного усиления сигналов в любом из двух каналов. Анализ полученных данных. Анализ полу- ченных данных выполнялся в два этапа: – выделение в сигналах фрагментов, соответ- ствующих четырем оборотам коленчатого вала, и Рис. 1. Экспериментальная установка: а – стенд; б – панель управления (обозначения см. в тексте) Рис. 2. Общий вид измерительной аппаратуры (обозначения см. в тексте) Рис. 3. Интерфейс программы Writer-v306 37ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 построение для них амплитудно-частотных харак- теристик (Ачх); – объединение Ачх узловых точек в единую поверхность – ВАК. Ачх для зафиксированного сигнала f длиной N рассчитывали в соответствии с зависимостями дискретного фурье-преобразования [6, 8]. При этом в комплексной форме коэффициенты гармо- нического ряда определялись как ( ) 1 2 / 0 1 N j N ki k i i C f eN − − π = = ∑ , (1) где 1,2... 2 Nk  =    ; ( ) 1 0 0 1 Re 2 N i i C fN − = = ∑ ; ( )0Im 0C = . Коэффициенты гармонического ряда рассчи- тывали в соответствии с алгоритмом быстрого фурье-преобразования FFT, для этого размер- ность фрагмента вектора сигнала f принимали равной N = 2n. Построение Ачх сигналов виброакустической эмиссии выполнялось на основе фундаменталь- ных свойств: для амплитуды ( ) ( )2 2 Re Imk k k kA C C C= = + , (2) для частоты 1 k Tkν = , (3) Рис. 4. ВАК поверхности корпуса ДВс для различных частотных диапазонов, гц 38 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 где T – период опроса канала аналого-цифрового преобразователя, с. Объединение Ачх узловых точек в ВАК вы- полнялось следующим образом формировалась матрица M векторов Ачх в уз- ловых точках размерностью 7×7: ,j k n kM A += , (4) где Ai – вектор Ачх i-го узла виброакустической карты; n – порядковый номер строки матрицы M. Был установлен частотный диапазон визуали- зации энергии: fb – нижняя граница, ft – верхняя граница. В матрице M выделялась суммарная ви- броакустическая энергия в заданном частотном диапазоне: SRfb FB N= , (5) SRft FT N= , (6) где FB, FT – соответственно номер нижней и верх- ней гармоники; SR – частота опроса одного канала (50000 гц); N – размерность вектора Ачх. В соответствии с принятым шагом L = 0,07 м формировалась матрица MM узловых точек ВАК: , ,( ) FT j k j k FB FB MM M= ∑ . (7) Выполнялась интерполяция матрицы MM ку- бическим сплайном, для этого определялись зна- чения интерполирующего коэффициента S: cspline( , )S X Y= , (8) где X – сетка координат; Y – значения векторов. Тогда ВАК представляет собой результат ин- терполяции: interp( , , , )VAM S X MM V= , (9) где V – вектор поверхности. Данная методика позволяет оценивать интен- сивность виброакустической эмиссии в любом заданном диапазоне частот. Так, на рисунках представлены виброакустические карты в виде поверхностей и изолиний для следующих диа- пазонов: 6…50000 гц (рис. 4, а), 500…50000 гц (рис. 4, б), 2000…50000 гц (рис. 4, в). Как видно из диаграмм, основная энергия колебаний сосре- доточена в низкочастотной области, что обуслов- лено вертикальными колебаниями корпуса ДВс относительно подвески. При повышении ниж- ней границы диапазона анализируемых частот на ВАК проявляется область концентрации энергии в высокочастотной составляющей, геометрически расположенная в районе газораспределительного механизма первого цилиндра. Точные координаты максимумов концентрации энергии могут быть определены привязкой ВАК к топологии корпуса двигателя, что может быть использовано для локализации дефектов механиз- мов и систем во время технической диагностики. Выводы Метод ВАК позволяет определять координаты геометрического положения на поверхности кор- пуса двигателя областей с максимальными вибро- акустическими колебаниями в заданных частот- ных диапазонах. Метод ВАК рекомендуется для практического использования при диагностировании двигателей внутреннего сгорания и других сложных техниче- ских систем. 1. Оксень Е. И., Цокур В. Г., Оксень Д. Е. Исследование особенностей сигналов акустической эмиссии, возника- ющих в кинематических парах двигателя при работе со знакопеременными нагрузками // Двигатели внутреннего сгорания. – 2007. – № 1. – с. 141–146. 2. Оксень Е. И., Цокур В. Г., Оксень Д. Е. Методика оцен- ки ресурса кинематических пар механизмов двигателя по уровню сигналов акустической эмиссии // Вісті Ав- томобільно-дорожнього інституту: Науково-виробничий зб. – 2007. – № 1(4). – с. 138–142. 3. Марпл-мл. С. Л. цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. – 387 с. 4. Андерсон Т. статистический анализ временных рядов / Пер. с англ. – М.: Мир, 1976. – 755 с. 5. Сергиенко А. Б. цифровая обработка сигналов. – с.-Пб.: Питер, 2002. – 608 с. 6. Акустическая эмиссия и ее применение для неразруша- ющего контроля в атомной энергетике // Под ред. К. Б. Вакара. – М.: Атомиздат,1980. – 260 с. 7. Филоненко С. Ф. Акустическая эмиссия. Измерения, кон- троль, диагностика. – Киев: КНУцА, 1999. – 304 с. 8. Шароглазов Б. А., Фарафонтов М. Ф., Клементьев В. В. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирова- ние и расчет процессов: Учеб. – челябинск: Изд. ЮУр- гУ, 2004. – 344 с. The paper deals with the issues of improving the effectiveness of diagnosing the systems of fastening the case and mechanisms of internal combustion engines by determination of the vibroacoustic field response on outer surfaces of case parts for bench testing. Experimental investigations were performed of the influence of defects in suspension and mechanisms of internal combustion engines on vibroacoustic energy distribution over the case part outer surfaces. Investigation procedure consists in recording the vibrations of case part surfaces as a response of the totality of all the vibrational processes running in the engines in stationary operating modes and plotting the so-called vibroacoustic map. Accurate coordinates of energy concentration maximums can be determined by matching the vibroacoustic map to engine case topology that can be used to localize the defects of mechanisms and systems during engineering diagnostics. Method of vibroacoustic maps is recommended for practical application at diagnosis of internal combustion engines and other complex engineering systems. References 8, Figures 4. K e y w o r d s : internal combustion engine, defect, diagnostics, vibroacoustic emission, vibroacoustic field, vibroacoustic map Поступила в редацию 02.08.2013

Исследование особенностей виброакустического поля двигателя внутреннего сгорания с дефектами в кинематических парах

Institution

Ähnliche Einträge