CC BY
2УДК 629.33
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА В
ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ НЕИСПРАВНОСТИ
Осаулко Я.Ю., студент группы 17ЭТМК(м)ТЭА, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: yaroslav.osaulko@mail.ru
Научный руководитель: Пузаков А.В., канд. техн. наук, доцент кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей, Оренбургский государственный университет, Оренбург
Существующие методы диагностирования автомобильных генераторов как правило предполагают снятие их с автомобилей, а, следовательно, обладают высокой трудоемкостью. Для сбора информации о взаимосвязи между структурными и диагностическими параметрами автомобильных генераторов разработана методика имитирования неисправностей, позволяющая определить границы возникновения и развития характерных электрических неисправностей генераторов. Результаты применения разработанной методики на примере обрыва и короткого замыкания диода выпрямителя позволили установить характер изменения диагностических параметров в процессе развития неисправностей.
Ключевые слова: автомобильный генератор, диагностические параметры, структурные параметры, имитирование неисправностей, тепловое состояние.
Тепловое состояние автомобильного генератора чувствительно к изменению его техническому состояния. Изменения структурных параметров генератора, которые происходят при возникновении неисправностей, приводит к изменению параметров теплового состояния. В первую очередь это выражается в повышении температуры генератора [1, 2].
При возникновении неисправностей происходят определенные изменения в самом генераторе, и для каждой неисправности эти изменения индивидуальны. В результате, при возникновении конкретной неисправности происходит определенное изменение теплового состояния генератора, которое характерно именно для этой неисправности.
Экспериментальные исследования показали, что для каждой неисправности характерно свое превышение температуры поверхности генератора, причем значения значительно отличаются друг от друга, что позволяет говорить об однозначности этого параметра как диагностического. Однако ранее эксперименты производились преимущественно для конечных стадий неисправностей. В таком состоянии генератор зачастую практически полностью теряет свою работоспособность.
Для обеспечения возможности заблаговременного определения неисправностей генератора были произведены эксперименты по установлению взаимосвязи технического и теплового состояния генератора при различных стадиях развития неисправности [4, 5].
Определение теплового состояния в лабораторных условиях осуществлялось на специализированном стенде, который позволяет производить физическое моделирование неисправностей путем введения сопротивления в цепь исследуемого узла. При проведении эксперимента генератор вращался от электродвигателя, имитирующего ДВС автомобиля, с постоянной частотой (1200 об/мин) на протяжении 20 минут. При изменении температуры на 1 градус фиксировалось время. Для того чтобы, полученные данные можно было сравнивать между собой, производилась корректировка превышения температуры по потребляемой мощности.
На рисунке 1 представлена электрическая схема включения неисправностей в процессе работы генератора.
PS1
Рисунок 1 - Схема включения неисправностей (Примечание: В1 - датчик частоты вращения, G1 - испытываемый генератор, GB1 - аккумуляторная батарея, М1 -электродвигатель, QF1 - автоматический выключатель, pN1 - тахометр, pS1 - осциллограф, pA1-pA3 - амперметры, pV1 - вольтметр, Ri - резисторы, Si - выключатели)
На рисунке 2 представлены графики, которые отображают изменение превышения температуры поверхности генератора с течением времени, для разных стадий развития неисправности короткое замыкание диода.
300
| 250 s
а
я 200
а
ш
с
S
ш
<Z 150
s
s
lu
a
3 100 il a. С
50
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Время, с
Рисунок 2 - Результаты экспериментов
Так как тепловой режим автомобильного генератора устанавливается после 20 минут работы, то и использовать значение превышения температуры в качестве диагностического параметра можно только через 20 минут после запуска генератора [3].
L
Неиспра! ный генер л о атор • • °
ф о®** п • ° о о о f
-ПСРо0°С о 0°°° и °
Г ^ г ООО о о 1f*
'Л'/ Исправнь k«. >|й генерал * /о. эр -►
Обработка полученных результатов позволила получить зависимость изменения превышения температуры генератора от сопротивления реостата. Она представлена на
рисунке 3.
н
<1
250
я а
-
в а а С
150
100
50
О
к \
\ V
\ \ \ к
и, ч ч \ с Х- г
2______ -----< р------ _ь
о
8
10
2 4 6
Сопротивление реостата. К, Ом
Рисунок 3 - Зависимость изменения превышения температуры генератора от
сопротивления реостата
На основе экспериментальных данных была разработана регрессионная модель.
ДГ = -151 + 190^1 + е(°® где R - сопротивление реостата.
График, построенный по этой модели, отображен на рисунке 3 пунктирной линией.
По полученному графику видно, что зависимость превышения температуры от сопротивления реостата имеет экспоненциальный характер. При росте сопротивления реостата более 2 Ом, линия функции становится практически прямой. Соответственно можно говорить о том, что при сопротивлении диода 2 Ом неисправность короткое замыкание диода не влияет на тепловое состояние генератора, и в целом, генератор можно считать исправным.
Значения темпа нагрева генератора и полученная зависимость превышения температуры от сопротивления реостата говорят о том, что наибольшее изменение теплового состояния автомобильного генератора происходят при сопротивлении цепи диода 2 Ом и ниже. При значении выше 2 Ом изменение превышения температуры незначительно, и генератор можно считать исправным. При достижении сопротивления 2 Ом возникает начальная стадия неисправности, которая влияет на тепловое состояние.
Для сравнения исследуемого диагностического параметра с другими известными параметрами была определена чувствительность всех этих параметров к изменению структурного параметра (имитация различных стадий неисправности). Полученные значения чувствительности говорят о том, напряжение и магнитуда уменьшаются при снижении сопротивления. Размах колебаний и температура увеличиваются. При этом чувствительность температуры на порядок выше, чем у размаха колебаний.
В ходе проведения экспериментальных исследований были получены данные об изменении превышения температуры генератора с течением времени. Эксперимент производился при 7 различных состояниях генератора: генератор исправен, генератор с неисправностью короткое замыкание диода выпрямителя в различных стадиях. Имитирование неисправности осуществлялось путем введения в цепь диода реостата, изменением сопротивления которого моделировались различные стадии неисправности.
Сопротивление изменялось в диапазоне от 0 до 8 Ом. Результатом проведения исследования стала зависимость изменения превышения температуры генератора от сопротивления, вводимого в цепь диода. Было установлено, что данная зависимость является экспонентой, из графика видно, что при достижении сопротивления в 5-6 Ом температура перестает изменяться, соответственно генератор в таком режиме работы можно считать исправным.
После выполнения эксперимента и обработки его результатов было произведено сравнение предлагаемого диагностического параметра с другими. Была посчитана чувствительность параметров к изменению структурного параметра. Установлено, что в диапазоне от 0 до 8 Ом, при изменении сопротивления в цепи диода на 1 Ом, превышение температуры в среднем изменяется на 23,3 град С. Для параметра колебания напряжения этот параметр составил 1,44 В, для среднего выходного напряжения 0,84 В, для магнитуды 0,47 В. Это говорит о преимуществе предлагаемого параметра, которое выражено в его большей чувствительности к изменению технического состояния генератора.
Литература
1. Осаулко, Я.Ю. Исследование влияния эксплуатационных факторов на тепловое состояние автомобильного генератора / А.В. Пузаков, Я.Ю. Осаулко // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). - 2018. -№1 (52). - С. 15-19.
2. Осаулко, Я.Ю. Разработка регрессионной модели теплового состояния автотракторных генераторов в процессе эксплуатации / М.И. Филатов, А.В. Пузаков, Я.Ю. Осаулко // Известия Оренбургского аграрного университета. - 2018. - № 1 (69). - С. 102-106.
3. Пузаков, А.В. Диагностирование автомобильных генераторов на основе оценки теплового состояния / А.В. Пузаков, М.И. Филатов, Я.Ю. Осаулко // Путь науки. Международный научный журнал. - 2017. - № 7. - С. 19-23.
4. Пузаков, А.В. Диагностирование неисправностей автомобильных генераторов на основе оценки теплового состояния / А.В. Пузаков, Я.Ю. Осаулко // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2017. - Т. 5. - № 6 (32). - С. 225-229.
5. Пузаков, А.В. Исследование влияния эксплуатационных факторов на тепловое состояние автомобильного генератора / А.В. Пузаков, Я.Ю. Осаулко // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). - 2018. -№ 1 (52). - С. 16-23.
6. Пузаков, А.В. Исследование теплового состояния автомобильного генератора в процессе эксплуатации / А.В. Пузаков, Я.Ю. Осаулко // Проблемы функционирования систем транспорта Материалы международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (с международным участием). - 2016. - С. 290-295.
7. Пузаков, А.В. Исследование теплового состояния автомобильных генераторов в эксплуатации / А.В. Пузаков, Я.Ю. Осаулко // Проблемы исследования систем и средств автомобильного транспорта. Материалы Международной очно-заочной научно-технической конференции. - 2017. - С. 41-47.
8. Пузаков, А.В. Методика определения тепловой напряжённости автомобильного генератора / А.В. Пузаков, М.И. Филатов, Н.Н. Ларионов // Научное обозрение. - 2016. - № 10. - С. 118-130.
