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基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法和裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410149158.5

申請日:

2014.04.14

公開號:

CN103954453A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

終止

有效性:

無權

法律詳情: 未繳年費專利權終止IPC(主分類):G01M 15/04申請日:20140414授權公告日:20160622終止日期:20170414|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01M 15/04申請日:20140414|||公開
IPC分類號: G01M15/04 主分類號: G01M15/04
申請人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
發明人: 王憲成; 和穆; 孫志新; 何星; 黃軍; 胡俊彪; 劉國浩
地址: 100072 北京市豐臺區杜家坎21號
優先權:
專利代理機構: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201 代理人: 張大威
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410149158.5

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.05.04|||2016.06.22|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

專利權的終止|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法和裝置,所述基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法包括以下步驟:得到所述表面粗糙度與所述穩定載荷、試件活塞環的速度以及試件活塞環與試件缸套的摩擦次數的關系式以及所述試件缸套的表面粗糙度與所述試件缸套的磨損系數的關系式;得到柴油機的缸套最大磨損深度與所述柴油機轉速、小時燃油消耗量、大氣壓力和環境溫度的關系式;計算車載的柴油機的最大缸套磨損深度;基于所述當量摩托小時確定所述車載的柴油機的壽命。根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法能夠真實計量柴油機在不同工況和環境下的實際壽命,準確判斷柴油機的維修和保養時機。

權利要求書

權利要求書
1.  一種基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法,其特征在于,包括:
步驟1:進行試件活塞環-試件缸套模擬試驗,其中在多個穩定的載荷Fw中的每個載荷下測量試件缸套的初始表面粗糙度Rq0、平衡表面粗糙度Rqm、以及從所述初始表面粗糙度Rq0達到所述平衡表面粗糙度所需的時間tRqm和試件缸套磨損(Hw),以得到所述表面粗糙度Rq與所述穩定載荷Fw、試件活塞環的速度U以及試件活塞環與試件缸套的摩擦次數Nw的關系式fRq(Nw,Fw,U)以及所述試件缸套的表面粗糙度Rq與所述試件缸套的磨損系數Kw的關系式fk(Rq);
步驟2:選定柴油機的工況參數和環境參數,其中所述工況參數包括柴油機轉速n和小時燃油消耗量Gt、所述環境參數包括大氣壓力p0和環境溫度T0,計算得到所述載荷Fw和速度U與柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的關系式,進而得到磨損系數Kw與所述柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的關系式,由此得到柴油機的缸套最大磨損深度Hw與所述柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的以表格形式表示的關系式fH(n,Gt,p0,T0);
步驟3:基于所述關系式fH(n,Gt,p0,T0)在變工況條件下計算車載的柴油機的最大缸套磨損深度;
步驟4:將柴油機的壽命計量單位定義為當量摩托小時,通過所述最大缸套磨損深度計算得到車載的柴油機的當量摩托小時,且基于所述當量摩托小時確定所述車載的柴油機的壽命。

2.  如權利要求1所述的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法,其特征在于,所述關系式fH(Nw,Fw,U)為:
Rq(Nw+1)=c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)>RqmRq(Nw+1)=RqmRq(Nw)=RqmRq(Nw+1)=2Rqm-c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)<Rqm]]>
式中,c0、c1為與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數;
所述表面粗糙度與所述磨損系數的關系式fk(Rq)為:
Kw=d0+d1Rq+d2Rq2
式中,d0、d1、d2為與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數。

3.  根據權利要求2所述的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法,其特征在于,利用關系式Td=kdT通過所述最大缸套磨損深度計算得到柴油機的當量摩托小時,
其中Td為柴油機的當量摩托小時數、kd為對應柴油機在預定工況下的摩托小時的當量修正系數、T為柴油機的摩托小時數。

4.  根據權利要求1-3中任一項所述的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法,其特征在于,當確定到的所述車載的柴油機的壽命小于預定值時發出報警。

5.  一種基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置,其特征在于,包括:
數據采集單元,用于采集柴油機的工況參數和環境參數;
存儲與顯示單元,用于存儲和顯示采集到的工況參數和環境參數,所述存儲與顯示單元預存有通過試件活塞環-試件缸套模擬試驗得到的試件缸套在多個穩定的載荷Fw中的每個載荷下測量到的初始表面粗糙度Rq0與所述穩定載荷Fw、試件活塞環的速度U以及試件活塞環和試件缸套的摩擦次數Nw的關系式fRq(Nw,Fw,U)、所述試件缸套的表面粗糙度Rq與所述試件缸套的磨損系數Kw的關系式fk(Rq)以及通過計算得到的柴油機的缸套最大磨損深度Hw與所述柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的以表格形式表示的關系式fH(n,Gt,p0,T0);
數據處理單元,所述數據處理單元基于所述關系式fH(n,Gt,p0,T0)在變工況條件下計算車載的柴油機的最大磨損深度,通過所述最大缸套磨損深度計算得到車載的柴油機的當量摩托小時,且基于所述當量摩托小時確定所述車載的柴油機的壽命,其中當量摩托小時為柴油機的壽命計量單位。

6.  根據權利要求5所述的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置,其特征在于,所述數據采集單元包括:
光電傳感器,所述光電傳感器安裝在所述車載的柴油機的曲軸輸出端,用于提取柴油機的轉速信號;
渦輪轉子流量傳感器,安裝在車輛的柴油泵與粗濾器的連接處,用于提取小時燃油消耗量;
絕壓變送器,安裝在車輛的駕駛室內,用于測量大氣壓力;
溫度傳感器,安裝在車輛駕駛室內,用于測量環境溫度;
采集卡,用于分別采集所述光電傳感器、渦輪轉子流量傳感器、絕壓變送器和溫度傳感器的信號。

7.  根據權利要求6所述的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置,其特征在于,所述數 據處理單元為嵌入式主板;
所述存儲與顯示單元包括:
存儲卡,用于存儲工況參數、環境參數和累計的當量摩托小時數;
液晶顯示屏,用于顯示工況參數、環境參數和累計的當量摩托小時數。

8.  根據權利要求5-7中任一項所述的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置,其特征在于,所述關系式fH(Nw,Fw,U)為:
Rq(Nw+1)=c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)>RqmRq(Nw+1)=RqmRq(Nw)=RqmRq(Nw+1)=2Rqm-c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)<Rqm]]>
式中,c0、c1為與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數,
所述表面粗糙度與所述磨損系數的關系式fk(Rq)為:
Kw=d0+d1Rq+d2Rq2
式中,d0、d1、d2為與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數。

9.  根據權利要求5-7中任一項所述的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置,其特征在于,所述數據處理單元利用關系式Td=kdT通過所述最大缸套磨損深度計算得到柴油機的當量摩托小時,
其中Td為柴油機的當量摩托小時數、kd為對應柴油機在預定工況下的摩托小時的當量修正系數、T為柴油機的摩托小時數。

10.  根據權利要求9所述的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置,其特征在于,還包括當確定到的所述車載的柴油機的壽命小于預定值時發出報警的報警裝置。

說明書

說明書基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法和裝置
技術領域
本發明涉及柴油機領域,具體而言,涉及一種基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法和基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置。
背景技術
對柴油機進行維修和保養通常基于柴油機的摩托小時。換言之,為了對柴油機進行維修和保養,需要對柴油機的壽命進行計量。相關技術中通常采用負載摩托小時和累計摩托小時計量柴油機的壽命。然而,利用摩托小時計量柴油機壽命存在計量不準確的問題,例如,裝有柴油機的車輛分別在空轉和行駛過程中,即使摩托小時相同,但是柴油機的壽命耗損不同,從而導致基于摩托小時計量的柴油機壽命不能真實反映柴油機的實際壽命,由此使得維修和保養時機不準確。
發明內容
本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的上述技術問題之一。為此,本發明的一個目的在于提出一種基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法,根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法能夠根據柴油機的缸套磨損計算柴油機在變工況條件下的壽命,從而準確反映柴油機的實際壽命,以及時對柴油機進行維修和保養。
本發明的另一個目的在于提出一種能夠準確反映柴油機壽命的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置。
為實現上述目的,根據本發明實施例的第一方面提出一種基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法,所述基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法包括以下步驟:步驟1:進行試件活塞環-試件缸套模擬試驗,其中在多個穩定的載荷Fw中的每個載荷下測量試件缸套的初始表面粗糙度Rq0、平衡表面粗糙度Rqm、以及從所述初始表面粗糙度Rq0達到所述平衡表面粗糙度所需的時間tRqm和試件缸套磨損(Hw),以得到所述表面粗糙度Rq與所述穩定載荷Fw、試件活塞環的速度U以及試件活塞環與試件缸套的摩擦次數Nw的關系式fRq(Nw,Fw,U)以及所述試件缸套的表面粗糙度Rq與所述試件缸套的磨損系數Kw的關系式fk(Rq);步驟2:選定柴油機的工況參數和環境參數,其中所述工況參數包括柴油機轉速n和小時燃油消耗 量Gt、所述環境參數包括大氣壓力p0和環境溫度T0,計算得到所述載荷Fw和速度U與柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的關系式,進而得到磨損系數Kw與所述柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的關系式,由此得到柴油機的缸套最大磨損深度Hw與所述柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的以表格形式表示的關系式fH(n,Gt,p0,T0);步驟3:基于所述關系式fH(n,Gt,p0,T0)在變工況條件下計算車載的柴油機的最大缸套磨損深度;步驟4:將柴油機的壽命計量單位定義為當量摩托小時,通過所述最大缸套磨損深度計算得到車載的柴油機的當量摩托小時,且基于所述當量摩托小時確定所述車載的柴油機的壽命。
根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法,可以充分考慮柴油機的使用工況和環境變化對柴油機技術狀況的影響,準確計量柴油機的壽命以確定維修保養時機,克服了相關技術中以摩托小時作為壽命計量而無法根據工況和環境變化真實反映柴油機壽命的弊端。
另外,根據本發明上述實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法還可以具有如下附加的技術特征:
根據本發明的一個實施例,所述關系式fH(Nw,Fw,U)為:
Rq(Nw+1)=c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)>RqmRq(Nw+1)=RqmRq(Nw)=RqmRq(Nw+1)=2Rqm-c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)<Rqm]]>
式中,c0、c1為與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數;
所述表面粗糙度與所述磨損系數的關系式fk(Rq)為:
Kw=d0+d1Rq+d2Rq2
式中,d0、d1、d2為與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數。
根據本發明的一個實施例,利用關系式Td=kdT通過所述最大缸套磨損深度計算得到柴油機的當量摩托小時,其中Td為柴油機的當量摩托小時數、kd為對應柴油機在預定工況下的摩托小時的當量修正系數、T為柴油機的摩托小時數。
根據本發明的一個實施例,當確定到的所述車載的柴油機的壽命小于預定值時發出報警。
根據本發明實施例的第二方面提出一種基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置,所述基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置包括:數據采集單元,用于采集柴油機的工況參數和環境參數;存儲與顯示單元,用于存儲和顯示采集到的工況參數和環境參數,所述存儲與顯 示單元預存有通過試件活塞環-試件缸套模擬試驗得到的試件缸套在多個穩定的載荷Fw中的每個載荷下測量到的初始表面粗糙度Rq0與所述穩定載荷Fw、試件活塞環的速度U以及試件活塞環和試件缸套的摩擦次數Nw的關系式fRq(Nw,Fw,U)、所述試件缸套的表面粗糙度Rq與所述試件缸套的磨損系數Kw的關系式fk(Rq)以及通過計算得到的柴油機的缸套最大磨損深度Hw與所述柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的以表格形式表示的關系式fH(n,Gt,p0,T0);數據處理單元,所述數據處理單元基于所述關系式fH(n,Gt,p0,T0)在變工況條件下計算車載的柴油機的最大磨損深度,通過所述最大缸套磨損深度計算得到車載的柴油機的當量摩托小時,且基于所述當量摩托小時確定所述車載的柴油機的壽命,其中當量摩托小時為柴油機的壽命計量單位。
根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置,能夠計算得到車載柴油機的當量摩托小時,以當量摩托小時為柴油機的壽命計量單位,準確計算車載的柴油機的壽命,進而判斷柴油機的維修和保養時機。
根據本發明的一個實施例,所述數據采集單元包括:光電傳感器,所述光電傳感器安裝在所述車載的柴油機的曲軸輸出端,用于提取柴油機的轉速信號;渦輪轉子流量傳感器,安裝在車輛的柴油泵與粗濾器的連接處,用于提取小時燃油消耗量;絕壓變送器,安裝在車輛的駕駛室內,用于測量大氣壓力;溫度傳感器,安裝在車輛駕駛室內,用于測量環境溫度;采集卡,用于分別采集所述光電傳感器、渦輪轉子流量傳感器、絕壓變送器和溫度傳感器的信號。
根據本發明的一個實施例,所述數據處理單元為嵌入式主板;所述存儲與顯示單元包括:存儲卡,用于存儲工況參數、環境參數和累計的當量摩托小時數;液晶顯示屏,用于顯示工況參數、環境參數和累計的當量摩托小時數。
根據本發明的一個實施例,所述關系式fH(Nw,Fw,U)為:
Rq(Nw+1)=c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)>RqmRq(Nw+1)=RqmRq(Nw)=RqmRq(Nw+1)=2Rqm-c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)<Rqm]]>
式中,c0、c1為與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數,
所述表面粗糙度與所述磨損系數的關系式fk(Rq)為:
Kw=d0+d1Rq+d2Rq2
式中,d0、d1、d2為與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數。
根據本發明的一個實施例,所述數據處理單元利用關系式Td=kdT通過所述最大缸套磨損深度計算得到柴油機的當量摩托小時,其中Td為柴油機的當量摩托小時數、kd為對應柴油機在預定工況下的摩托小時的當量修正系數、T為柴油機的摩托小時數。
根據本發明的一個實施例,所述基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置還包括當確定到的所述車載的柴油機的壽命小于預定值時發出報警的報警裝置。
附圖說明
圖1是本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法的流程圖;
圖2是根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法的具體實施流程圖;
圖3是根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法中穩定載荷試驗載荷與轉速分布示意圖;
圖4是根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法中柴油機轉速、小時油耗與載荷、速度間關系示意圖。
圖5是根據本發明實施的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法的計算流程示意圖;
圖6是圖5中的各系數的具體表達方式示意圖;
圖7是根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置的結構示意圖;
附圖標記:數據采集單元10、數據處理單元20、存儲與顯示單元30;
光電傳感器110、渦輪流量轉子傳感器120、絕壓變送器130、溫度傳感器140、采集卡150、嵌入式主板210、儲存卡310、液晶顯示屏320。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例,所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的,旨在用于解釋本發明,而不能理解為對本發明的限制。
下面參考附圖描述根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法。
如圖1-圖6所示,根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法包括以下步驟:
步驟1:進行試件活塞環-試件缸套模擬試驗,在多個穩定的載荷Fw中的每個載荷下測量試件缸套的初始表面粗糙度Rq0、平衡表面粗糙度Rqm、以及從所述初始表面粗糙度Rq0達到所述平衡表面粗糙度所需的時間tRqm和試件缸套磨損(Hw)。本領域的技術人員可以理解地是,試件缸套的表面粗糙度在模擬試驗中隨時間逐漸變化,試件缸套的表面粗糙度隨 時間變化的曲線大體呈盆狀,該盆狀曲線的水平段認為是表面粗糙度達到了平衡。
根據上述測量值得到所述表面粗糙度Rq與所述穩定載荷Fw、試件活塞環的速度U以及試件活塞環與試件缸套的摩擦次數Nw的關系式fRq(Nw,Fw,U)以及所述試件缸套的表面粗糙度Rq與所述試件缸套的磨損系數Kw的關系式fk(Rq)。其中,試件缸套的摩擦次數Nw活塞環在缸套內單程移動的次數和,例如,活塞環在缸套內往返一次,則Nw為2。
步驟2:選定柴油機的工況參數和環境參數,其中所述工況參數包括柴油機轉速n和小時燃油消耗量Gt。所述環境參數包括大氣壓力p0和環境溫度T0。計算得到所述載荷Fw和速度U與柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的關系式,進而得到磨損系數Kw與所述柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的關系式,由此得到柴油機的缸套最大磨損深度Hw與所述柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的以表格形式表示的關系式fH(n,Gt,p0,T0)。
步驟3:基于所述關系式fH(n,Gt,p0,T0)在變工況條件下計算車載的柴油機的最大缸套磨損深度。
步驟4:將柴油機的壽命計量單位定義為當量摩托小時,通過所述最大缸套磨損深度計算得到車載的柴油機的當量摩托小時,且基于所述當量摩托小時確定所述車載的柴油機的壽命。
根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法,將柴油機的壽命計量單位定位為當量摩托小時,根據缸套的磨損計算車載的柴油機的當量摩托小時,從而可以根據當量摩托小時確定車載的柴油機的壽命。由此可以充分考慮柴油機的使用工況和環境變化對柴油機技術狀況的影響,準確計量柴油機的壽命以確定維修保養時機,克服了相關技術中以摩托小時作為壽命計量而無法根據工況和環境變化真實反映柴油機壽命的弊端。根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法能夠真實計量柴油機在不同工況和環境下的實際壽命,準確判斷柴油機的維修和保養時機。
進一步地,當確定到的所述車載的柴油機的壽命小于預定值時發出報警,工作人員可以根據警報對柴油機進行維修和保養。
下面參考附圖描述根據本發明具體實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法。
在本發明的一些具體實施例中,如圖1-圖6所示,根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法的步驟一為:
設計活塞環-缸套模擬試驗,建立關系式fRq(Nw,Fw,U)和關系式fk(Rq)。
具體而言,首先、依據所述柴油機在常用工作條件下的油量、轉速工況范圍的檢測結 果,選擇所述柴油機3°CA位置為試驗條件的考察范圍。采用拉丁超立方的方法設計試驗,包括8個工況樣本點,如圖4所示。
然后,根據活塞環-缸套模擬試驗的測量機構得到關系式RRq(Nw,Fw,U)為:
Rq(Nw+1)=c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)>RqmRq(Nw+1)=RqmRq(Nw)=RqmRq(Nw+1)=2Rqm-c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)<Rqm]]>
式中,c0、c1——與穩定載荷Fw和時間活塞環的速度U有關的系數;
Nw——摩擦次數;
Rqm——平衡表面粗糙度,單位為μm;
Rq——表面粗糙度,單位為μm。
在上述三個方程中,第一個方程為當表面粗糙度Rq大于平衡表面粗糙度Rqm時,即試件缸套的表面粗糙度隨時間逐漸降低的過程(對應試件缸套的表面粗糙度隨時間變化的曲線的下降段)。第二個方程為當表面粗糙度Rq等于平衡表面粗糙度Rqm時,即試件缸套的粗糙度達到平衡粗糙度,隨時間基本不變的過程(對應試件缸套的表面粗糙度隨時間變化的曲線的平滑段)。第三個方程為當表面粗糙度Rq小于平衡表面粗糙度Rqm時,即試件缸套的表面粗糙度隨時間增加的過程(對應試件缸套的表面粗糙度隨時間變化的曲線的上升段)。
所述關系式fk(Rq)為:
Kw=d0+d1Rq+d2Rq2
式中,d0、d1、d2——與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數;
Kw——磨損系數,單位為μm。
在fRq(Nw,Fw,U)和fk(Rq)中,c0、c1、d0、d1、d2關系表達式為:
c0=c01+c02Fw+c03ug+c04Fw2+c05ug2+c06Fwug+c07Fw3+c08ug3
c1=(c11+c12Fw+c13ug+c14Fw2+c15ug2+c16Fwug+c17Fw3+c18ug3)×10-7
d0=d01+d02Fw+d03ug+d04Fw2+d05ug2+d06Fwug+d07Fw3+d08ug3
d1=d11+d12Fw+d13ug+d14Fw2+d15ug2+d16Fwug+d17Fw3+d18ug3
d2=d21+d22Fw+d23ug+d24Fw2+d25ug2+d26Fwug+d27Fw3+d28ug3
式中,Fw——載荷,單位為N;
ug——速度,單位為m/s。
通過上述活塞環-缸套模擬試驗的結果求得系數c0、c1、d0、d1、d2,以表格形式表示;

本領域的技術人員需要理解地是,活塞環-缸套模擬試驗應盡可能地模擬實際缸套的磨損情況。本發明所指的動載荷是指摩擦副負載和速度變化,變工況是指柴油機使用過程中工況(柴油機轉速和小時燃油消耗量)和環境(大氣壓力和環境溫度)發生變化。所述柴油負荷為實際小時燃油消耗量與最大燃油消耗量之比。
在本發明的一些具體示例中,根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法的步驟二為:
選定柴油機的轉速n和小時燃油消耗量Gt作為工況參數,選定柴油機工作時的大氣壓力p0和環境溫度T0作為環境參數。進行柴油機工作過程計算和活塞組動力學計算,建立工況參數、環境參數與載荷Fw和速度U關系。圖4為在海拔3700m、環境溫度為20℃的條件下,所述柴油機轉速U、小時燃油消耗量Gt(負荷)與載荷速度P的關系圖,其中Hd為缸套硬度。
所述缸套磨損深度關系式fH(n,Gt,p0,T0)為:
Hw=KwP    (8)
式中,P——計算參數,
Hw——缸套磨損深度,單位為μm。
在本發明的一些具體實施例中,根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法的步驟三為:
基于所述關系式fH(n,Gt,p0,T0)在變工況條件下計算車載的柴油機的最大磨損深度。
通過計算所述柴油機每個工作循環的缸套表面粗糙度Rq和磨損系數Kw,進而實現變工況條件下缸套深度的計算。根據變工況條件下試件缸套的磨損與表面粗糙度的變化,不同 的工況點對應不同的計算算法中的系數。所述柴油機上一個工作循環時的狀態是所述柴油機下一個工作循環開始計算的初始狀態。
如圖5所示,首先判斷表面粗糙度Rq是否等于平衡粗糙度Rqm。如果Rq=Rq,則Rq(t+1)=Rq(t)。如果Rq(t)>Rqm,則如果Rq(t)<Rqm,則缸套磨損深度的計算利用fk(Rq)和fH(n,Gt,p0,T0)。
本領域的技術人員需要理解地是,即使相同工況點,由于表面粗糙度的原因使得上一個循環結束時表面粗糙度不同,則計算出的磨損系數Kw也會有較大差別。
在本發明的一些具體示例中,根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法的的步驟四為:
將柴油機壽命計量單位定義為當量摩托小時,當量摩托小時是指以柴油機實際運行時間為基礎,從缸套磨損深度出發,考慮發動機工況(轉速和負荷)、海拔高度、環境溫度對缸套磨損的影響,柴油機實際壽命相當于按所述缸套平均磨損深度對應的摩托小時數。基于所述當量摩托小時確定所述柴油機的壽命。
所述當量摩托小時的計算表達式為:
Td=kdT
式中,Td——對應柴油機工作摩托小時數的當量摩托小時數,單位為h;
kd——對應柴油機在預定工況下的摩托小時的當量修正系數;
T——柴油機的摩托小時數,單位為h。
其中,kd=hh0]]>
式中,h——預定工況下的磨損率,單位為μm/h;
h0——柴油機平均磨損率,單位為μm/h。
對于實際使用過程中的柴油機,其累積當量摩托小時的表達式為:
Tsd=Σi=1tkdi3600]]>
式中,Tsd——累積當量摩托小時數,單位為h;
kdi——第i秒摩托小時的當量修正系數。
對6臺保險期試驗柴油機缸套測量數據的分析統計可知,缸套最大磨損深度的置信概率為0.95的均值區間是(0.0349,0.0454),均值為0.0401,服從正態分布,所述柴油機 平均磨損率為0.084μm/h。
下面舉例描述根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法的實際應用。
在海拔高度4348m、大氣濕度29~38%的條件下,其中,大氣壓力和環境溫度以實測為準。以西藏羊八井地區某綜合訓練基地為場地。坦克的摩托小時數為81h、公里數為541.3km,使用45#防凍液、-10#柴油、CD10W/40機油,蒸汽活門開啟壓力為0.16MPa。測試時間為30min。
分別對羊八井地區車輛的柴油機轉速、小時燃油消耗量以及大氣壓力、環境溫度進行了監測,監測結果為大氣壓力為60.6kPa、環境溫度36℃~39℃、轉速范圍800r/min~2000r/min,主要分布在1600r/min~2000r/min之間、小時燃油消耗量范圍為50kg/h~100kg/h。
根據羊八井地區坦克的履歷簿計算得,缸套磨損深度為7.77μm,試驗30min后磨損深度為7.84μm,按使用壽命為500當量摩托小時計算,則該柴油機工作0.5摩托小時,實際使用為0.83當量摩托小時,累計工作81摩托小時,累計使用93.33當量摩托小時。
根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法能夠根據柴油機的缸套磨損計算柴油機在變工況條件下的壽命,從而準確反映柴油機的實際壽命,以及時對柴油機進行維修和保養。
下面參考附圖描述根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置。
如圖7所示,根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置包括數據采集單元10,存儲與顯示單元30和數據處理單元20。
數據采集單元10用于采集柴油機的工況參數和環境參數。
存儲與顯示單元30用于存儲和顯示采集到的工況參數和環境參數,存儲與顯示單元30預存有通過試件活塞環-試件缸套模擬試驗得到的試件缸套在多個穩定的載荷Fw中的每個載荷下測量到的初始表面粗糙度Rq0與所述穩定載荷Fw、試件活塞環的速度U以及試件活塞環和試件缸套的摩擦次數Nw的關系式fRq(Nw,Fw,U)、所述試件缸套的表面粗糙度Rq與所述試件缸套的磨損系數Kw的關系式fk(Rq)以及通過計算得到的柴油機的缸套最大磨損深度Hw與所述柴油機轉速n、小時燃油消耗量Gt、大氣壓力p0和環境溫度T0的以表格形式表示的關系式fH(n,Gt,p0,T0)。換言之,存儲與顯示單元30內預存有fRq(Nw,Fw,U)、fk(Rq)和fH(n,Gt,p0,T0)。
數據處理單元20基于所述關系式fH(n,Gt,p0,T0)在變工況條件下計算車載的柴油機的最大磨損深度,通過所述最大缸套磨損深度計算得到車載的柴油機的當量摩托小時,且 基于所述當量摩托小時確定所述車載的柴油機的壽命,其中當量摩托小時為柴油機的壽命計量單位。
根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置,通過設置數據采集單元10來采集柴油機的工況參數和環境參數,并且在存儲與顯示單元30內預存fRq(Nw,Fw,U)、fk(Rq)和fH(n,Gt,p0,T0),可以利用數據處理單元20根據fH(n,Gt,p0,T0)計算車載柴油機在變工況條件下的最大磨損深度,從而計算得到車載柴油機的當量摩托小時,以當量摩托小時為柴油機的壽命計量單位,準確計算車載的柴油機的壽命,進而判斷柴油機的維修和保養時機。
下面參考附圖描述根據本發明具體實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置。
在本發明的一些具體實施例中,如圖7所示,根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置包括數據采集單元10,存儲與顯示單元30和數據處理單元20。
數據采集單元10包括光電傳感器110、渦輪流量轉子傳感器120、絕壓變送器130、溫度傳感器140、采集卡150。
光電傳感器110安裝在所述車載的柴油機的曲軸輸出端,用于提取柴油機的轉速信號。渦輪流量轉子傳感器120安裝在車輛的柴油泵與粗濾器的連接處,用于提取小時燃油消耗量。絕壓變送器130安裝在車輛的駕駛室內,用于測量大氣壓力。溫度傳感器140安裝在車輛駕駛室內,用于測量環境溫度。采集卡150用于分別采集光電傳感器110、渦輪流量轉子傳感器120、絕壓變送器130和溫度傳感器140的信號,并將模擬信號轉變為數字信號。
由此,數據采集單元10根據采集柴油機的轉速,小時燃油消耗量、大氣壓力和環境溫度的模擬信號,并將這些模擬信號轉變為數字信號,實現對柴油機工況參數和環境參數的采集。
在本發明的一些具體實施例中,數據處理單元20為嵌入式主板210,用于計算當量摩托小時。
存儲與顯示單元30包括液晶顯示屏320和液晶顯示屏320。儲存卡310用于存儲工況參數、環境參數和累計的當量摩托小時數。液晶顯示屏320用于顯示工況參數、環境參數和累計的當量摩托小時數。
嵌入式主板210將數據采集單元10轉化的數字信號進行運算處理,將得到的數據存儲到儲存卡310內并在液晶顯示屏320上進行顯示。
在本發明的一個具體實施例中,所述關系式fH(Nw,Fw,U)為:
Rq(Nw+1)=c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)>RqmRq(Nw+1)=RqmRq(Nw)=RqmRq(Nw+1)=2Rqm-c0ec1(Nw+1)Rq(Nw)<Rqm]]>
式中,c0、c1為與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數,
所述表面粗糙度與所述磨損系數的關系式fk(Rq)為:
Kw=d0+d1Rq+d2Rq2
式中,d0、d1、d2為與穩定載荷Fw和試件活塞環的速度U有關的系數。
其中,數據處理單元20利用關系式Td=kdT通過所述最大缸套磨損深度計算得到柴油機的當量摩托小時,其中Td為柴油機的當量摩托小時數、kd為對應柴油機在預定工況下的摩托小時的當量修正系數、T為柴油機的摩托小時數。
在本發明的一些具體示例中,根據本發明實施例的基于缸套磨損的柴油機壽命計量裝置包括數據采集單元10,存儲與顯示單元30、數據處理單元20和報警裝置(圖中未示出)。
當數據處理單元20計算出的車載柴油機的壽命小于預定值時,所述報警裝置發出報警。當當數據處理單元20計算出的車載柴油機的壽命大于等于預定值時,所述報警裝置不發出報警。
根據本發明的基于缸套磨損的柴油機壽命計量方法和裝置,能夠反映柴油機使用過程的強度特征,為狀態參數變化率的判別提供了有效的時間單位,為車輛維修和檢測的間隔期計量提供了準確的手段,解決了計劃維修和基于狀態維修的主要矛盾,節省了維修資源,提高了車輛的完好率。
在本發明的描述中,需要理解的是,術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系,僅是為了便于描述本發明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作,因此不能理解為對本發明的限制。
此外,術語“第一”、“第二”僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中,“多個”的含義是至少兩個,例如兩個,三個等,除非另有明確具體的限定。
在本發明中,除非另有明確的規定和限定,術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或成一體;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩 個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言,可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本發明中,除非另有明確的規定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸,也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本說明書的描述中,參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中,對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且,描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外,本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例進行接合和組合。
盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例,可以理解的是,上述實施例是示例性的,不能理解為對本發明的限制,本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。

關 鍵 詞:
基于 磨損 柴油機 壽命 計量 方法 裝置
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