Повышение надежности электромеханической системы автомобильного генератора

Скачать 319.69 Kb.

Название	Повышение надежности электромеханической системы автомобильного генератора
страница	1/3
Дата публикации	09.12.2014
Размер	319.69 Kb.
Тип	Автореферат

100-bal.ru > Право > Автореферат

1 2 3

На правах рукописи

ШЛЕГЕЛЬ Алексей Олегович

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА

Специальность 05.09.01 – «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Самара – 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тольяттинского государственного университета на кафедре «Автотракторное электрооборудование»
Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Шлегель Олег Александрович

Тольяттинский государственный университет

сервиса

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Абакумов Александр Михайлович

Самарский государственный технический

университет
Кандидат технических наук, доцент

Шляпкин Андрей Владимирович

Тольяттинский государственный университет

сервиса

Ведущая организация: ОАО «АВТОВАЗ» г. Тольятти

Защита диссертации состоится «_15_»_ноября_ 2006 г в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.04 при Самарском государственном техническом университете (СамГТУ) по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская 244, СамГТУ, Главный корпус, ауд.200

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке СамГТУ.
Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенной печатью) просим направлять по адресу: 443 110, г. Самара, ул. Молодогвардейская 244. СамГТУ, Главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.04; факс: (8462) 78-44-00; е-mail: aees@samgtu.ru

Автореферат разослан «_14_»_октября_2006 г.
Учёный секретарь диссертационного

совета Д 212.217.04

кандидат технических наук, доцент Е.А. Кротков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие производства и эксплуатация автомобилей показывают, что улучшение их технических характеристик, комфортабельности, безопасности связано с повышением надежности и эффективности системы электроснабжения (СЭС) автомобиля.

Повышение показателей эффективности, надежности СЭС, состоящей из аккумуляторной батареи, электрической генераторной установки (ЭГУ), регулятора напряжения, устройства контроля – одна из важнейших задач по улучшению работы и повышению конкурентоспособности автомобилей.

По экспертным оценкам надежности системы электрооборудования автомобилей семейства ВАЗ-2110 в гарантийный период эксплуатации, достаточно большой относительный процент рекламаций, равный 11,8 %, приходится на ЭГУ.

Основными причинами выхода ЭГУ из строя являются превышение максимальной частоты вращения, вибрации, ударные ускорения, вызывающие механические неисправности ротора и механизмов крепления – подшипников, шкива, элементов щеткодержателя; перенапряжения, повышения напряжения и тока нагрузки, вызывающие электрический пробой изоляции, межвитковые замыкания катушки возбуждения, обмотки статора.

Повышение интенсивности эксплуатации автомобилей, внедрение электронной системы управления двигателем внутреннего сгорания, электронного управления СЭС, комбинированных энергоустановок снижает ресурс работы ЭГУ, вероятность безотказной работы (ВБР).

Необходимо дальнейшее исследование влияния многократных пусковых и перегрузочных режимов, повышений напряжения, тока на надежность механической системы и электромагнитной системы (МС и ЭМС) ЭГУ, что определяет научную актуальность диссертационной работы.

При разработке новых моделей ЭГУ ф. Lucas (Англия), ф. Valeo (Франция), ф. Bosch (Германия), ф. Motocraft, Deko (США), Mitsubishi, Hitachi (Япония), ОАО АВТОВАЗ и др. учитываются динамические воздействия. В НТЦ ОАО АВТОВАЗ (г.Тольятти, Россия) и ряде других предприятий ведется разработка гибридной энергоустановки, в которой используется индукционно-динамическая или асинхронная электрическая машина в качестве ЭГУ и стартера двигателя. На экспериментальных автомобилях ф. Honda – FCX (Япония), Rover – MG (Англия) установлены комбинированные ЭГУ. Динамические воздействия на МС и ЭМС увеличиваются, что подтверждает актуальность исследования динамических свойств.

Основными направлениями повышения ВБР ЭГУ является выбор параметров МС и ЭМС с учетом особенности работы в динамических режимах. Не исследована зависимость изменения параметров надежности от уровня деформаций.

Разработка моделей МС и ЭМС ЭГУ, методов и устройств контроля значимых диагностических параметров для повышения уровня надёжности, ВБР и вибродиагностики, снижения затрат на обслуживание и ремонт определяет практическую актуальность диссертационной работы.

Цель диссертационной работы - повышение надёжности механических и электромагнитных устройств генератора за счёт корректировки характеристик и параметров по результатам теоретического и экспериментального исследования статических и динамических режимов, показателей работы.

В соответствии с целью задачами диссертационной работы являются:

1. анализ методов оценки ВБР, ресурса работы с учетом динамических режимов генератора, методов моделирования электромагнитных, электрических и механических процессов, средств испытания и вибрационной диагностики ЭГУ, существующих методов оценки надёжности;

2. исследование переходных процессов, перегрузочных режимов и влияния параметров МС и ЭМС генератора на их протекание, определение систематической и случайной погрешности для оценки доверительного интервала измерения индуктивной, емкостной составляющей полного электрического сопротивления, спектральных характеристик вибрации;

3. разработка математической модели МС и ЭМС для оценки реакции на исследовательский механический и электрический импульс и определения вероятных отклонений параметров и деформаций элементов генератора; разработка регрессионной модели МС и ЭМС при испытании коммутационным механическим и электрическим импульсом для определения показателей надёжности элементов генератора при ресурсных ускоренных испытаниях в форсированных режимах;

4. разработка алгоритмов определения показателей надежности, прогнозирования виброреологических процессов изменения параметров ЭГУ;

5. разработка экспериментальной установки для проведения исследования ЭГУ в динамических и форсированных режимах, испытания методом исследовательских импульсов; практические рекомендации по корректировке конструктивных параметров МС и ЭМС, по разработке элементов устройств управления и контроля ЭГУ, предотвращающих выход из строя, повышающих надёжность.

Объект исследования: МС и ЭМС ЭГУ отечественного и зарубежного производства.

Предмет исследования: математические, регрессионные модели МС и ЭМС, методы и алгоритмы определения показателей надежности в зависимости от изменения диагностируемых параметров при ресурсных, форсированных испытаниях, в динамических эксплуатационных режимах, устройства управления и диагностики ЭГУ.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались:

– методы теории линейных электрических цепей, переходных процессов;

– статистические и численные методы математического анализа, регрессионный анализ, интегральное преобразование Фурье;

– методы теории надежности, планирования эксперимента;

– оценка адекватности разработанных математических моделей производилась сравнением расчётных и экспериментальных данных;

– оценка погрешности производилась составлением структурных схем погрешности измерительных каналов, передаточных функций каналов измерения, доверительных интервалов измеряемых величин.

Методологическая и теоретическая основа исследования.

Теоретическую основу исследования составили работы отечественных и зарубежных ученых в области математического моделирования МС и ЭМС электрических машин – М.П. Костенко, Л.М. Пиотровского, А.И. Важнова, А.А. Горева, А.И. Вольдека и др.; в области разработки, испытаний и автомобильной электроники – А.С. Акимова, В.В. Литвиненко, А.Д. Борца, В.Е. Ютта, А.Х. Синельникова, Ю.П. Чижкова, Х. Сига, С. Мидзутани, Т. Росса и др.; в области динамических измерений и регистрации – В.А. Грановского, А.А. Харкевича, А.С. Немировского, Д. Хофмана, и др.; в области теории надежности, диагностики, прогнозирования – А.С. Проникова, П.П. Пархоменко, Л.Г. Евланова и др.

На защиту выносятся:

1. комплекс математических моделей МС и ЭМС генератора, позволяющие по реакции обмоток на испытательный механический и электрический импульс за счет учета упругих, колебательных элементов трения, демпфирующих связей механических частей, емкостных и индуктивных связей между обмотками определять начальные деформации;

2. регрессионная модель и методика определения показателей надежности с учетом изменения параметров генератора по результатам многократных динамических воздействий при проведении ресурсных испытаний;

3. уровни допустимых изменений параметров и деформаций МС и ЭМС в части влияния на показатели надежности ЭГУ;

4. принципы построения и устройства прогнозирования технического состояния и ресурса работы МС и ЭМС ЭГУ;

5. практические рекомендации по корректировке конструктивных параметров МС и ЭМС, по разработке элементов управления и контроля, предотвращающих выход из строя и повышающих надёжность генератора.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования:

– на основе анализа особенностей работы ЭГУ в динамических режимах предложен комплексный подход к повышению надежности МС и ЭМС генератора за счет корректировки конструктивных параметров, контроля и диагностики при ресурсных форсированных испытаниях и эксплуатации;

– на основе исследования стационарных и динамических режимов генератора предложена математическая регрессионная модель, отличающаяся от известных функциональной связью между механическими и электромагнитными параметрами ЭГУ в переходных процессах и параметрами надежности;

– разработана математическая модель механической и электромагнитной системы ЭГУ при его испытании коммутационными импульсами, отличающиеся от известных учётом высокочастотных составляющих и позволяющая по реакции механических узлов, электрических обмоток генератора на испытательный импульс определять деформации механических подсистем, электрических обмоток статора, катушки возбуждения;

– предложена методика определения показателей надёжности МС и ЭМС ЭГУ по результатам ресурсных испытаний; методика корректировки конструктивных параметров МС и ЭМС, алгоритмы работы устройств управления и контроля, предотвращающих выход из строя и повышающие надёжность генератора;

– выявлены законы распределения вероятности основных показателей надёжности генератора, получены их графики распределения.

Практическая значимость исследования:

– разработана регрессионная модель функциональной связи между механическими, электромагнитными параметрами и показателями надежности, позволяющая определять ресурс работы ЭГУ;

– рекомендовано выполнять упругие, колебательные, демпфирующие элементы, элементы трения подшипникового узла, щеткодержателя, крепления и межобмоточную, межкорпусную изоляцию с учетом многократных динамических и вибрационных воздействий;

– разработаны алгоритмы работы устройств управления и контроля, предотвращающих выход из строя и повышающие надёжность генератора;

– предложены практические рекомендации по корректировке конструктивных параметров МС и ЭМС, разработке элементов управления и контроля, предотвращающих выход из строя и повышающие надёжность ЭГУ.

Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечены соблюдением методологических принципов системного подхода к изучению проблемы, применением комплекса методов исследования, соответствующих объекту, цели, задачам и логике исследования.

Реализация результатов работы.

Разработки выполнены на кафедре «Автотракторное Электрооборудование» Тольяттинского государственного университета, в Бюро программного обеспечения Производственного Технологического Оборудования Конструкторского Отдела Систем Управления Сварочного оборудования и Специальных Устройств ОАО АВТОВАЗ для проекта ВАЗ 2123.

Результаты диссертационной работы используются в учебно-методическом обеспечении дисциплин «Испытание электрооборудования автомобилей и тракторов», «Эксплуатация и ремонт электрооборудования автомобилей и тракторов», «Надёжность электрооборудования автомобилей и тракторов» для студентов специальности 1808.00 «Электрооборудование автомобилей и тракторов».

Апробация работы. По материалам диссертации сделаны доклады на международной научно-технической конференции «Перспективы развития автомобильного транспорта», МГТУ “МАМИ” (Россия, Москва, 2002г), 7-й всероссийской научно-технической конференции МГУС (Россия, Москва, 2002), научно- технической конференции "Новые технологии в промышленности, экономике и социально-культурной сфере" (Россия, Тольятти, 2000 г.), научно – технической конференции «Технический ВУЗ – наука, образование и производство в регионе» (Россия, Тольятти, 2002 г.).

Результаты работы обсуждались на научном семинаре кафедр «Автотракторное электрооборудование» Тольяттинского государственного университета; кафедры «Прикладная математика и информатика» Тольяттинской государственной академии сервиса.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 27 работ, из которых научных статей – 10, тезисов докладов – 17.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения. Основная часть работы изложена на 177 страницах, включает 49 рисунков, 31 графиков и библиографию из 141 наименования, приложения на 3 страницах.