3.2.1.1. Cỏc cảm biến:
Chẩn ủoỏn ủộng cơ Diesel trong ủiều kiện da ngoại cần thiết tối thiểu hai loại cảm biến, cảm biến tốc ủộ quay và cảm biến do khúi trong khớ thải. Ngoài ra ủể bổ sung thụng tin cho mụ ủun chẩn ủoỏn hư hỏng, cú thể trang bị thờm cảm biến ủo nhiệt ủộ khớ thải, cảm biến ủo chi phớ nhiờn liệu, cảm biến ỏp suất cỏc te, thiết bịủo mức nộn trong buồng ủốt...
Cảm biến tốc ủộ quay cần ủủ nhạy ủể xỏc ủịnh biến ủộng mức khúi trong quỏ trỡnh tăng tốc tự do của ủộng cơ diesel. Tớn hiệu ra cũng cần ủủủiều kiện ủể khuếch ủại tiếp phự hợp với giỏ trị tiờu chuẩn tại cổng vào của cỏc bộ chuyển ủổi A/D thụng dụng. Cú thể tỡm mua cỏc cảm biến ủo khúi theo nguyờn lý khoa học, hoặc ủơn giản hơn cú thể tự thiết kế chế tạo cảm biến ủo khúi theo mục ủớch chẩn ủoỏn.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 56
3.2.1.2. Bộ phận khuếch ủại và chuyển ủổi A/D:
Bộ phận khuếch ủại và cạc A/D cần cú ủộ phõn giải và tần số lấy mẫu tương thớch với cỏc cảm biến ủể tiếp nhận và cung cấp cỏc tớn hiệu Digital cho mỏy tớnh ủể xử lý tiếp theo thời gian thực. Cỏc loại card A/D thớch hợp cho hệ thống chẩn ủoỏn dó ngoại xuất hiện nhiều trờn thị trường với giỏ cả chấp nhận ủược, thớ dụ bộ chuyển ủổi....
3.2.1.3. Bộ phận tạo lập triệu chứng hư hỏng:
Phần tử cấu trỳc quan trọng nhất của bộ phận tạo lập triệu chứng hư hỏng là mụ hỡnh tham chiếu ủó ủược xõy dựng và lưu giữ trong mỏy tớnh. Trong mụ hỡnh tham chiếu cú chứa cỏc ủặc tớnh cụng suất, ủặc tớnh mụ men, ủặc tớnh khúi của ủộng cơ chẩn ủoỏn ở trạng thỏi mới. Cỏc kiến thức thực nghiệm, kiến thức chuyờn gia ủể làm cơ sở phõn tớch, so sỏnh với cỏc thụng số quỏ trỡnh chuyển tiếp ủang diễn ra của ủộng cơ chẩn ủoỏn. Mụ hỡnh tham chiếu cú thể xõy dựng thuận lợi nhất bằng thực nghiệm và kinh nghiệm chuyờn gia cho mỗi loại ủộng cơ cần chẩn ủoỏn. Cỏc tớn hiệu số từ card A/D ủược ủưa vào một mụ hỡnh xử lý tớn hiệu với cụng cụ xử lý là phần mềm DASYLAB. Tại ủõy cỏc tớn hiệu ủược xử lý tiếp, hiển thị dạng quỏ trỡnh tớn hiệu theo thời gian của cỏc thụng số ne và D. Nhờ phộp ủạo hàm trong DASYLAB nhận ủược quỏ trỡnh tớn hiệu gia tốc gúc của ủộng cơ trờn cựng một hệ trục tọa ủộ thời gian. Tiếp tục xử lý bằng cỏc thuật toỏn trong DASYLAB xõy dựng ủược ủồ thị hai trục biểu diễn quan hệ giữa cụng suất, mụ men quay và ủộ khúi khớ thải theo tốc ủộ quay của ủộng cơ.
Kết hợp với cỏc thụng tin bổ sung như ỏp suất cỏc te, nhiệt ủộ khớ thải, chi phớ nhiờn liệu, ỏp suất nộn trong xylanh...so sỏnh với cỏc thụng số chuẩn và cỏc thụng tin của ủộng cơ trong trường hợp khụng hư hỏng trong mụ hỡnh tham chiếu cú thể tạo ra cỏc dấu hiệu, cỏc triệu chứng nhận biết hư hỏng của ủộng cơ chẩn ủoỏn. Cỏc triệu chứng hư hỏng tiếp tục ủược ủưa vào phõn tớch, ủỏnh giỏ trong bộ phận chẩn ủoỏn hư hỏng.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 57
3.2.1.4. Bộ phận chẩn ủoỏn hư hỏng:
Trong bộ phận chẩn ủoỏn hư hỏng ủó cài ủặt sẵn một thư viện cỏc số liệu, cỏc cơ sở kiến thức chẩn ủoỏn ủể phõn tớch, ủỏnh giỏ và cụ lập hư hỏng. Cơ sở kiến thức chẩn ủoỏn ủược xõy dựng bằng thực nghiệm và tập hợp cỏc kinh nghiệm chuyờn gia cho mỗi loại ủộng cơ cần chẩn ủoỏn.
Việc chẩn ủoỏn hư hỏng ủược thực hiện theo phương phỏp suy luận xấp xỉ trờn cơ sở logic mờ. Cụng cụ xử lý của bộ phận chẩn ủoỏn hư hỏng là phần mềm MATLAB/ SIMULINK. Matlab ủược sử dụng ủể thiết lập ngõn hàng cơ sở kiến thức chẩn ủoỏn và xõy dựng hệ thống thụng số vào trong mụ hỡnh chẩn ủoỏn bằng logic mờ. Mụ ủun Fuzzi- logic trong Simulink là cụng cụ ủể xõy dựng mụ hỡnh chẩn ủoỏn ủể phõn tớch, cụ lập hư hỏng.
ðầu ra của mụ hỡnh chẩn ủoỏn là cỏc kết luận xấp xỉ về trạng thỏi hư hỏng của ủộng cơ diesel.
3.2.1.5. Mỏy tớnh:
Cần trang bị một mỏy tớnh xỏch tay cú cấu hỡnh ủủ mạnh ủể cài ủặt cỏc phần mềm kỹ thuật như: DASYLAB, MATLAB, LABVIEW. Ngoài ra cú thể kốm thờm cỏc thiết bị nguồn thớch hợp ủể cung cấp ủiện cho mỏy tớnh và vận hành toàn bộ hệ thống chẩn ủoỏn.
3.2.1.6. ðối tượng chẩn ủoỏn
ðộng cơ Diesel cần chẩn ủoỏn ủược kớch hoạt bằng cỏch tăng mức ga ủột ngột ủể tăng cung cấp nhiờn liệu từ chếủộ tốc ủộ quay cực tiểu ủến chế ủộ tốc ủộ quay cực ủại. Kớch hoạt quỏ trỡnh cú thể thực hiện bằng tay hoặc thiết bịủiều khiển mức ga từ xa.
3.2.2. Phương phỏp nhận biết hư hỏng trong hệ thống chẩn ủoỏn dó ngoại.
Với tớnh chất và yờu cầu của chẩn ủoỏn dó ngoại, trờn cơ sở cỏc phương phỏp nhận biết hư hỏng và chẩn ủoỏn ủộng cơ diesel trỡnh bày ở chương 2, cho thấy, phương phỏp cú hiệu quả và thớch hợp nhất ủể xõy dựng cỏc dấu
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 58
hiệu chẩn ủoỏn cho ủộng cơ diesel trong ủiều kiện dó ngoại là phương phỏp phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp của ủộng cơ khi tăng tốc tự do trờn cơ sở mụ hỡnh trợ giỳp:
Phương phỏp chẩn ủoỏn trờn cơ sở mụ hỡnh trợ giỳp ủặc biệt phự hợp ủể nhận biết và chẩn ủoỏn quỏ trỡnh hoạt ủộng của ủộng cơ diesel. Theo phương phỏp này cú thể chẩn ủoỏn ủộng cơ diesel tại hai trạng thỏi hoạt ủộng:
- Trạng thỏi hoạt ủộng bỡnh ổn, sử dụng trực tiếp cỏc tớn hiệu ủiều khiển trong hệ thống ủiều khiển ủiện tử của ủộng cơ, phõn tớch cỏc tớn hiệu so sỏnh với mụ hỡnh chuẩn ủể nhận biết và chẩn ủoỏn hư hỏng. Phương phỏp này cũng cú thể ứng dụng chẩn ủoỏn ủộng cơ chưa ủược trang bịủiều khiển ủiện tử, nhưng với ủiều kiện phải trang bị ủủ cỏc cảm biến cần thiết và cỏc cảm biến phải ủủ nhạy ủể phỏt hiện cỏc sai lệch trong quỏ trỡnh hoạt ủộng theo mục ủớch chẩn ủoỏn.
- Trạng thỏi hoạt ủộng khụng bỡnh ổn hay quỏ trỡnh chuyển tiếp, trang bị ủủ cỏc cảm biến cần thiết và cỏc cảm biến ủủ nhạy ủể xỏc ủịnh và ủỏnh giỏ cỏc thụng số cơ bản của ủộng cơ trong quỏ trỡnh tăng tốc tựdo theo mục ủớch chẩn ủoỏn.
Hệ thống chẩn ủoỏn ủó lựa chọn phương phỏp phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp của ủộng cơ khi tăng tốc tự do và xõy dựng cỏc dấu hiệu chẩn ủoỏn cho ủộng cơ trong ủiều kiện dó ngoại
Quỏ trỡnh chuyển tiếp ủược thực hiện khi tăng ủột ngột tốc ủộ quay của ủộng cơ từ giỏ trị khụng tải cực tiểu ủến giỏ trị khụng tải cực ủại bằng cỏch tăng mức ga
ψủể lượng nhiờn liệu vào ủộng cơ tăng nhanh ủến giỏ trị cực ủại. Cỏc thụng sốủo ủược sẽ là tốc ủộ quay của ủộng cơ ne và ủộ khúi của ủộng cơ D% và một số thụng số khỏc. Trạng thỏi kỹ thuật của ủộng cơủược nhận dạng khi phõn tớch ủặc tớnh mụ men và ủặc tớnh khúi trong quỏ trỡnh tăng tốc tự do. ðặc tớnh Me = f(n) và D = f(n)cú thểủược xõy dựng trong DASYLAB bằng cỏch sắp xếp cỏc cặp giỏ trị [Me , ne] và [D, ne] tại mỗi thời ủiểm ti trờn ủồ thị hai trục.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 59
Hỡnh 3.3: Cấu trỳc hệ thống nhận biết hư hỏng và chẩn ủoỏn hư hỏng
ủộng cơ diesel trong chếủộ chuyển tiếp
Cỏc thụng sổ vào cần xỏc ủịnh là: - nmin: tốc ủộ quay khụng tải cực tiểu
- mBmin: Chi phớ nhiờn liệu tại chếủộ khụng tải cực tiểu - ψga : mức ga
Cỏc thụng số ra ủo ủược là: - Tg: Thời gian gia tốc
- nmax: Số vũng quay tối ủa khi tăng tốc - D%: ủộ khúi
- mB: chi phớ nhiờn liệu trong quỏ trỡnh chuyển tiếp - Me : mụ men ủộng cơ
Sau khi xử lý tại mụ hỡnh xử lý tớn hiệu, thụng tin chẩn ủoỏn ủược so sỏnh với cỏc thụng số chuẩn ủể thiết lập dấu hiệu chẩn ủoỏn là cỏc triệu chứng
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 60
hư hỏng. Cỏc triệu chứng hư hỏng tiếp tục ủược xử lý phõn loại, ủỏnh giỏ và kết luận về nguyờn nhõn, trị số và vỉ trớ hư hỏng.
Mụ hỡnh thụng số chuẩn cú thể xõy dựng từ phõn tớch lý thuyết ủể mụ phỏng hoặc từ nghiờn cứu thực nghiệm ủể mụ tả quỏ trỡnh chuyển tiếp của ủộng cơ ở trạng thỏi khụng hỏng.
Quan hệ giữa hư hỏng thực hoặc hư hỏng nhõn tạo với triệu chứng cú thể xõy dựng từphõn tớch lý thuyết hoặc ủỏnh giỏ cỏc số liệu thực nghiệm và lưu giữ chỳng ở dạng thớch hợp. Khi chẩn ủoỏn cú thểủối thoại với cơ sở dữ liệu ủú ủể tỡm ra lời giải phự hợp về trạng thỏi kỹ thuật của ủộng cơ.
Cỏc thụng sốủể phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp theo mục ủớch chẩn ủoỏn ủộng cơ diesel là: cụng suất ủộng cơ, mụ men quay trờn trục khuỷu tỷ lệ thuận với gia tốc gúc, ủộ khúi trong khớ thải, thời gian tăng tốc và tốc ủộ quay khụng tải cực ủại.
Cỏc cảm biến cần thiết tối thiểu trong mụ hỡnh ủể xỏc ủịnh cỏc thụng số chẩn ủoỏn là cảm biến tốc ủộ quay và cảm biến ủo khúi.
Phần mềm ủo và xử lý tớn hiệu cần cú khả năng tiếp nhận, xử lý và hiển thị cỏc quỏ trỡnh ủộng lực học của ủộng cơ, ngoài ra cũn cú khả năng xử lý tiếp như: tớch phõn, ủạo hàm và cỏc phộp tớnh ủại sốủể biến ủổi tớn hiệu ủo và xõy dựng ủồ thị hai trục, thớ dụ cỏc phần mềm DASYLAB, LABVIEW . . .
Với mụ hỡnh và phương phỏp nhận biết hư hỏng nhờ phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp của ủộng cơ ủiesel khi tăng tốc tựdo ủó xõy dựng ở trờn, giỳp quỏ trỡnh chẩn ủoỏn khỏ ủơn giản, chi phớ ủầu tư thấp, thuận tiện trong ủiều kiện dó ngoại và ủồng thời ủủ chớnh xỏc cho cụng tỏc chẩn ủoỏn.
Trạng thỏi kỹ thuật của ủộng cơ sẽủược phõn biệt tốt hơn nhờ cỏc thụng tin bổ sung trong quỏ trỡnh chẩn ủoỏn, kể cả trong ủiều kiện dó ngoại như biến ủộng ỏp suất khớ cỏc te, trạng thỏi ỏp suất nộn trong cỏc xy lanh...
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 61
3.2.2.1. Phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp
ðộng cơ diesel ủược cấu thành từ cỏc cụm chi tiết riờng biệt và cú tỏc ủộng qua lại lẫn nhau. Sự thay ủổi trạng thỏi của một nhúm cấu trỳc cú thể dẫn ủến làm thay ủổi cỏc thụng số quỏ trỡnh của một nhúm cấu trỳc khỏc, ảnh hưởng ủến ủộ tin cậy của kỹ thuật chẩn ủoỏn. Giải phỏp chẩn ủoỏn hiệu quả nhất trong cỏc trường hợp này là sử dựng cỏc quỏ trỡnh chuyển tiếp. Trạng thỏi hoạt ủộng của cỏc hệ thống thành phần trong ủộng cơ ủược mụ tả bởi tớnh chất ủộng lực học của chỳng. Khụng phụ thuộc vào dạng năng lượng, cỏc quỏ trỡnh chuyển tiếp thỏa món quan hệ, [8]. dZ E U dt ∆ = (3.1) Trong ủú: ∆E - trị số năng lượng tiếp nhận hoặc phỏt ra do một thụng số tớch lũy Z; U - Dung lượng tớch lũy của hệ thống.
Nhờ ủú tất cả cỏc thụng số quỏ trỡnh ủược biểu diễn phụ thuộc thời gian và là cỏc giỏ trị tớch phõn trong một khoảng thời gian. Việc tớnh toỏn và phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp ủược thực hiện bằng cỏch giải hệ thống phương trỡnh vi phõn. Cỏc dạng năng lượng tớch lũy trong quỏ trỡnh chuyển tiếp của cỏc hệ thống thành phần trong ủộng cơ diesel ủược hệ thống húa theo bảng 3.1.
Dạng năng
lượng Dung lương tớch lũy U
Thụng số tớch lũy Z Thụng số năng lượng E - ðộng năng - Thế năng - Nhiệt năng - Mụ mem quỏn tớnh ủộng cơ J - Thể tớch tớch lũy V - Nhiệt dung riờng C của mụi chất - Tốc ủộ quay ω - Khối lượng riờng của vật liệu - Nhiệt ủộ mụi chất T - Mụ mem quay M1 - Lương khối dũng vật liệu m - Dũng nhiệt riờng q
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… 62
Quỏ trỡnh tăng tốc tự do là một quỏ trỡnh chuyển tiếp tiờu biểu trờn ủộng cơ diesel. Khi mà ủộng cơ chịu tỏc ủộng kớch thớch tức thời làm tăng lượng cung cấp nhiờn liệu từgiỏ trị cực tiểu ủến giỏ trị cực ủại. Khi tăng tốc ủộ quay của trục khuỷu ủộng cơ, phương trỡnh chuyển ủộng cú dạng:
.( ) i i M d J Z M M dt ω = − (3.2)
Trong ủú: J- mụ men quỏn tớnh quy ủổi của ủộng cơ ;
ω - Vận tốc gúc của trục khuỷu; ~ zi số xy lanh làm việc;
Mi, MM - Mụ men chỉ thị và mụ men hao tổn cơ học trờn một xy lanh Hoặc túm tắt lại là : e d J M dt ω = (3.3)
ðiều này cú nghĩa là. tải trọng của ủộng cơ trong quỏ trỡnh tăng tốc tự do chớnh là mụ men lực quản tớnh từ cỏc phần khối lượng chuyển ủộng qui ủổi ủến trục khuỷu ủộng cơ. Cụng suất của ủộng cơ cú thể xỏc ủịnh theo cụng thức : . e d N J dt ω ω = (3.4)
ðối với ủộng cơ tăng ỏp bằng turbin khớ thải, phương trỡnh chuyển ủộng của hệ thống turbin – mỏy nộn sẽ là: TC TC T C d J M M dt ω = − (3.5)
Cỏc mụ men MT và MC phụ thuộc vào vận tốc gúc của trục khuỷu, lượng nhiờn liệu cung cấp vào xy lanhtrong mỗi chu trỡnh, ỏp suất nạp tổng cộng của khụng khớ sau bộ phận nạp và ỏp suất tổng của khớ chỏy trong ống xả trước turbin.
Khi chẩn ủoỏn trạng thỏi kỹ thuật của ủộng cơ tăng ỏp bằng turbin khớ thải, tớn hiệu gia tốc gúc trục khuỷu và vận tốc gúc turbin là hai tớn hiệu cú ý