Nghiên cứu phát triển hệ thống chẩn đoán kỹ thuật cho các máy xây dựng tự hành trong điều kiện dã ngoại

luận văn, thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, khóa luận, đề tài

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO Trờng đại học nông nghiệp hà nội = = = = = = = = NGUYN C THNG LUậN VĂN THạC sĩ Kỹ THUậT NGHIấN CU PHT TRIN H THNG CHN ON K THUT CHO CC MY XY DNG T HNH TRONG IU KIN D NGOI Chuyờn ngnh: K thut mỏy v Thit b c gii hoỏ nụng - lõm nghip Mó s: 60.52.14 Ngi hng dn khoa hc: PGS.TS. BI HI TRIU Hà nội 2011 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan, những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thựchiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2011 Người cam ñoan Nguyễn ðức Thắng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu thực hiện và hoàn thành ñề tài luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự giúp ñỡ của rất nhiều cá nhân, tập thể trong và ngoài trường. Trước hết tôi xin trân trọng cảm ơn ñến thầy giáo PGS.TS.Bùi Hải Triều người ñã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện ñề tài “Nghiên cứu phát triển hệ thống chẩn ñoán kỹ thuật cho các máy xây dựng tự hành trong ñiều kiện dã ngoại ” và cũng là người ñã tận tình giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn của mình. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong trường Cao ðẳng Nghề Cơ ðiện Tây Bắc ñã tạo mọi ñiều kiện giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. ðặc biệt cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia ñình và bạn bè ñã khích lệ tôi hoàn thành luận văn. Mặc dù ñã rất cố gắng rất nhiều song do kinh nghiệm và kiến thức có hạn nên luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót ngoài ý muốn. Tôi rất mong các thầy cô cùng bạn bè chỉ bảo thêm ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2011 Người thực hiện Nguyễn ðức Thắng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… iii MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU .1 1.1. Những vấn ñề chung về chẩn ñoán kỹ thuật .1 1.2. Tình hình cơ giới hoá thi công trong xây dựng giao thông và phát triển nông thôn ở Việt Nam .2 1.3. Khái quát về chủng loại máy xây dựng tự hành ñang sử dụng ở Việt Nam 4 1.4. ðặc ñiểm kết cấu, sử dụng và ñiều kiện hoạt ñộng của ñộng cơ diesel. .10 1.4.1. ðặc ñiểm về kết cấu của ñộng cơ diesel. 10 1.4.2. ðặc ñiểm sử dụng của ñộng cơ diesel . 10 1.4.3. ðiều kiện làm việc của ñộng cơ diesel 11 1.5. Các dạng cấu trúc cơ bản, phổ biến của hệ thống truyền ñộng và ñiều khiển thủy lực trên các máy xây dựng tự hành . 11 1.5.1. Hệ thống thủy lực trên máy xúc ñiều chỉnh tổng công suất . 12 1.5.2. Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy xúc 13 1.5.3. Hệ thống thủy lực ñiều khiển ñiện tử trên máy xúc 14 1.6. Tình hình sử dụng, dịch vụ bảo dưỡng sữa chữa máy xây dựng tự hành ở Việt Nam . 16 1.6.1. ðiều kiện làm việc của máy xây dựng tự hành. . 16 1.6.2. Tình hình dịch vụ, chăm sóc, sửa chữa máy xây dựng tự hành ở Việt Nam . 17 1.7 Mục ñích và nội dung nghiên cứu. 19 1.7.1. Mục ñích nghiên cứu . 19 1.7.2. Nội dung nghiên cứu . 19 Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ðOÁN KỸ THUẬT MÁY XÂY DỰNG TỰ HÀNH . 20 2.1. Chẩn ñoán ñộng cơ Diesel . 20 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… iv 2.1.1. Các phương pháp nhận biết trạng thái 20 2.1.2. Các phương pháp nhận biết hư hỏng 21 2.1.2.1. Phân tích nhiệt ñộ . 22 2.1.2.2. Phân tích dao ñộng 23 2.1.2.3. Phân tích lan truyền âm thanh 24 2.1.2.4. Phân tích công suất ñộng cơ . 24 2.1.2.5. Phân tích mức tiêu thụ nhiên liệu và dầu bôi trơn 26 2.1.2.7. Phân tích thành phần khí thải và ñộ khói khí thải 28 2.1.2.8. Phân tích lưu lượng khí lọt xuống các te và áp suất các te 28 2.1.2.9. Nhận biết hư hỏng ñộng cơ bằng cách ngắt lần lượt các xy lanh 29 2.1.2.10. Phân tích áp suất cháy, áp suất phun trong xy lanh 30 2.1.2.11. Chẩn ñoán OBD . 30 2.1.3. Các phương pháp chẩn ñoán trạng thái kỹ thuật 31 2.2. Chẩn ñoán hệ thống thủy lực . 34 2.2.1. Các phương pháp nhận biết hư hỏng 35 2.2.1.1. Phương pháp các thông số tĩnh học . 36 2.2.1.2. Phương pháp nhiệt ñộng lực học [ 9 ] 40 2.2.1.3. Phương pháp ñặc tính biên ñộ pha [ 16 ] 43 2.2.1.4. Phương pháp lực . 44 2.2.1.5. Phương pháp dao ñộng âm thanh [17 ] 44 2.2.1.6. Phương pháp ñặc tính quá ñộ [ 18 ] . 45 2.2.1.7. Phương pháp phân tích nhiễm bẩn môi chất . 46 2.2.2. Phương pháp chẩn ñoán ñánh giá trạng thái kỹ thuật . 47 3.2. Xây dựng hÖ thống chẩn ñoán dã ngoại ñộng cơ diesel . 53 3.2.1. Các bộ phận của hệ thống chẩn ñoán dã ngoại 54 3.2.1. Các bộ phận của hệ thống chẩn ñoán dã ngoại 55 3.2.1.1. Các cảm biến: . 55 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… v 3.2.1.2. Bộ phận khuếch ñại và chuyển ñổi A/D: 56 3.2.1.3. Bộ phận tạo lập triệu chứng hư hỏng: 56 3.2.1.4. Bộ phận chẩn ñoán hư hỏng: 57 3.2.1.5. Máy tính: . 57 3.2.1.6. ðối tượng chẩn ñoán . 57 3.2.2. Phương pháp nhận biết hư hỏng trong hệ thống chẩn ñoán dã ngoại. 57 3.2.2.1. Phân tích quá trình chuyển tiếp . 61 3.2.2.2. Xác ñịnh và phân tích các thông số ñộng lực . 63 3.2.2.3. Xây dựng và phân tích ñặc tính công suất, ñặc tính mô men và ñặc tính khói 64 3.2.3. Phương pháp chẩn ñoán ñánh giá trạng thái kỹ thuật trong hệ thống chẩn ñoán dã ngoại . 67 3.2.3.1. Phân tích ñồ họa nhánh cây hư hỏng - triệu chứng . 67 3.2.3.2. Chẩn ñoán ñộng cơ theo lý thuyết logic mờ . 68 3.3. Xây dựng hệ thống chẩn ñoán dã ngoại cho hệ thống thủy lực trên máy xây dựng tự hành . 70 3.3.1 Phác thảo hệ thống chẩn ñoán hệ thống thủy lực trong ñiều kiện dã ngoại 71 3.3.2. Các thành phần của hệ thống chẩn ñoán 71 3.3.2. Các thành phần của hệ thống chẩn ñoán . 72 3.3.2.1. Các cảm biến 72 3.3.2.2. Bộ phận khuếch ñại và chuyển ñổi A/D . 74 3.3.2.3. Bộ phận tạo lập triệu chứng hư hỏng . 74 3.3.2.4. Bộ phận chẩn ñoán trạng thái kỹ thuật . 74 3.3.2.5. Máy tính ( Tương tự mục 3.2.1.5 ) 75 3.3.2.6. ðối tượng chẩn ñoán . 75 3.3.3. Phương pháp chẩn ñoán hệ thống thủy lực trong ñiều kiện dã ngoại 75 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… vi 3.3.3.1. Phân tích quá trình chuyển tiếp của bơm thủy lực . 75 3.3.3.2. Phân tích quá trình chuyển tiếp của ñộng cơ thủy lực 76 3.3.3.3. Phân tích quá trình chuyển tiếp của xylanh thủy lực 77 3.3.3.4. ðánh giá trạng thái hư hỏng trong chẩn ñoán hệ thống thủy lực .78 3.4. Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng bổ sung cơ sở dữ liệu cho hệ thống chẩn ñoán dã ngoại . 79 3.4.1 Mục ñích thí nghiệm . 79 3.4.2 ðối tượng nghiên cứu . 79 3.4.3 Lựa chọn các thông số ño chẩn ñoán . 83 3.4.4. Lựa chọn cảm biến và thiết bị ño . 83 3.4.4.1. Cảm biến tốc ñộ quay ñộng cơ diesel ( Tương tự hình 3.2 trong mục 3.2.1.1 ) . 83 3.4.4.2 Cảm biến ño áp suất ( Tương tự hình 3.10 trong mục 3.3.2.1 ) 84 3.4.4.3 Bố trí cảm biến và hệ thống gom dữ liệu 84 3.4.5. Xây dựng chương trình thu thập và xử lý tín hiệu . 84 3.4.6 Kết quả thí nghiệm ñộng cơ diesel 85 3.4.7 Kết quả thí nghiệm quá trình chuyển tiếp ở xylanh cần gầu 88 3.5 Xây dựng qui trình chẩn ñoán dã ngoại 89 3.5.1 Qui trình chẩn ñoán ñộng cơ diesel . 89 3.5.2 Qui trình chẩn ñoán hệ thống thủy lực 91 KẾT LUẦN VÀ ðỀ NGHỊ 93 I: Kết luận . 93 II: ðề Nghị 94 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1: Một số loại máy xúc tiêu biểu một gàu TðTL ñang sử dụng ở Việt Nam .6 Bảng 1-2: Một số loại máy ủi TðTL tiêu biểu ñang sử dụng ở Việt Nam .7 Bảng 1-3: Một số loại máy san TðTL tiêu biểu ñang sử dụng ở Việt Nam 9 Bảng 2-1 Công thức tính toán hiệu suất toàn phần của máy thuỷ lực theo phương pháp nhiệt ñộng lực học 42 Bảng 2-2. Loại hư hỏng và dạng phân bố toán học . 48 Bảng 2-3. Các quan hệ cơ bản ñể xác ñịnh các thông số ñộ tin cậy 49 Bảng 3-1: Tích lũy năng lượng trong ñộng cơ ñốt trong .61 Bảng 3-2: Thông số kỹ thuật chính của máy Xúc ñào CLG 908C 79 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… viii DANH MỤC HÌNH Hình 1-1: Hệ thống thủy lực trên máy xúc ñiều chỉnh tổng công suất .12 Hình 1-2: Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy xúc 14 Hình 1-3: Hệ thống thủy lực 3 bơm ñiều khiển ñiện tử trên máy xúc .15 Hình 2-1: Phân loại các phương pháp chẩn ñoán 33 Hình 2-2: Biểu diễn phân loại phương pháp chẩn ñoán các hệ thống thủy lực trên ô tô máy kéo và máy xây dựng tự hành. .35 Hình 2-3. Sơ ñồ xác ñịnh hệ số cung cấp của bơm .36 Hình 2-4: Sơ ñồ mắc bộ thiết bị ñể chẩn ñoán hệ thống thủy lực 38 Hình 2-5: Quan hệ giữa ñộ lệch nhiệt ñộ ∆T vào hiệu suất toàn phần η .41 Hình 2-6: Biểu ñồ áp suất trên mạch áp suất ñối với một chu trình làm việc của bơm piston dọc trục .43 Hình 2-7 Biểu ñồ tích luỹ gia tốc dao ñộng của thân bơm piston dọc θ- Số ñọc trên trục ñứng của máy hiện sóng .46 Hình 2-8: Loại hư hỏng trong hệ thống thuỷ lực .47 Hình 2-9. Tính chất hư hỏng của ñối tượng 48 Hình 2-10: Quan hệ của các thông số ñặc trưng với thời gian sử dụng .49 Hình 2-11: Quan hệ hao mòn theo thời gian .50 HÌnh 2-12: Các yếu tố ảnh hưởng ñến lưu lượng lọt dầu 50 Hình 3-1. Sơ ñồ cấu trúc hệ thống chẩn ñoán ñộng cơ diesel trong ñiều kiện dã ngoại 54 Hình 3-2 Cảm biến ño tốc ñộ quay của ñộng cơ .55 Hình 3-3: Cấu trúc hệ thống nhận biết hư hỏng và chẩn ñoán hư hỏng ñộng cơ diesel trong chế ñộ chuyển tiếp 59 Hình 3-4 . Hiển thị kết quả ño các thông số D, n e và ε khi tăng tốc tự do ñộng cơ D240 65 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… ix Hình 3-5 là ñặc tính mô men của ñộng cơ D240 ở trạng thái tốt .66 Hình 3-6: ðồ họa nhánh cây hư hỏng - triệu chứng 68 Hình 3-7 Mờ hóa một triệu chứng chuẩn hóa .69 Hình 3-8: Sơ ñồ cấu trúc hệ thống chẩn ñoán và phần tử cấu trúc hệ thống thuỷ lực 71 Hình 3-9: Cảm biến ño áp suất .73 Hình 3-10: Cảm biến ño nhiệt ñộ khí xả .73 Hình 3-11: Sơ ñồ thí nghiệm lọt dầu qua bơm trong quá trình chuyển tiếp .76 Hình 3-12: Sơ ñồ thí nghiệm lọt dầu qua ñộng cơ thuỷ lực .76 Hình 3-13: .Sơ ñồ thí nghiệm lọt dầu tại xy lanhthuỷ lực .77 Hình 2-14: Thay ñổi trạng thái sử dụng theo thời gian sử dụng của bơm và ñộng cơ thủy lực .78 Hình 3-15: Cấu trúc của máy xúc ñào CLG 908C của Trung Quốc 81 Hình 3-16: ðộng cơ B3.3T 82 Hình 3-17: Sơ ñồ hệ thống gom và xử lý tín hiệu 84 Hình 3-18: Chương trình thí nghiệm ñược module hóa với DasyLab 7.0 .85 Hình 3-19: Kết quả xử lý sơ bộ ñể xác ñịnh các quá trình n e =f(t) .86 Hình 3-20 Worksheet tổng hợp ñể xây dựng ñặc tính mô men của ñộng cơ 87 Hình 3-21: ðặc tính mô men của ñộng cơ B3.3T .87 xây dựng bằng phương pháp gia tốc .87 Hình 3-22: Kết quả ño thử nghiệm tốc ñộ quay của ñộng cơ diesel và áp suất của xy lanh thuỷ lực cần gầu bằng thiết bị ño và phần mềm dasylab 88