К вопросу оценки качества функционирования дизельной энергетической установки автономных локомотивов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №3 (107) февраль-1 2016 г.

Дата публикации: 21.01.2016

Статья просмотрена: 86 раз

Библиографическое описание:

Михеев В. А., Сопижук А. Н. К вопросу оценки качества функционирования дизельной энергетической установки автономных локомотивов // Молодой ученый. — 2016. — №3. — С. 158-162. — URL https://moluch.ru/archive/107/25477/ (дата обращения: 14.12.2019).

 

В статье рассмотрен подход к выбору оптимального множества параметров контроля качества функционирования дизельной энергетической установки. Подход основан на разработке и анализе математических моделей ее функциональных подсистем, представленных графами в пространстве параметров.

Ключевые слова: техническая диагностика подвижного состава, математическое моделирование, граф-модель.

 

В процессе эксплуатации дизельных локомотивов возникает задача по определению уровня качества функционирования энергетической установки с целью принятия, при необходимости, обоснованных инженерно-технических решений по его коррекции. Оценка качества функционирования дизельных энергетических установок осуществляется на основе информации о количественных значениях параметров, получаемых в процессе контроля для заданных режимов работы. Параметры при этом должны быть наиболее информативны, а количество их — минимальное.

Решение задачи выбора оптимального количества параметров контроля может быть выполнено посредством соответствующего математического представления исследуемого объекта с последующей обработкой и анализом [1–3]. В качестве математического аппарата моделирования рассмотрим аппарат, базирующийся на понятиях теории графов.

При рассмотрении вопросов математического моделирования сложных энергомеханических объектов, к которым относится дизельная энергетическая установка, с использованием аппарата теории графов большую роль играют принципы, положенные в основу их декомпозиции [1–3]. В настоящей работе дизельная энергетическая установка 1А-5Д49–2 рассматривается как сложная система локомотива 2ТЭ116 [4], которая в свою очередь делится на функционально взаимосвязанные подсистемы: на нулевом уровне декомпозиции (I) выделяется дизельная энергетическая установка; на основном уровне (II) — функциональные системы; на дополнительном уровне (III) — отдельные узлы и функциональные детали систем (рис. 1). Уровни декомпозиции соответствуют уровням контроля или диагностирования.

Рис. 1. Функционально взаимосвязанные подсистемы дизельной энергетической установки 1А-5Д49–2

 

Реализацию предлагаемого подхода рассмотрим на примере топливной системы.

Согласно функциональной схеме топливной системы дизельной энергетической установки 1А-5Д49–2 [4] (рис. 2) топливо из бака (ТБ) через фильтр грубой очистки (ФГО) подается в систему топливоподкачивающим насосом (ТПН). Пройдя через фильтры грубой очистки топливо нагнетается к фильтру тонкой очистки (ФТО) и топливному коллектору (КТ), откуда поступает к топливным насосам дизеля (ТНВД). Топливные насосы дизеля подают топливо по трубопроводам высокого давления к форсункам (Ф).

Рис. 2. Функциональная схема топливной системы дизельной энергетической установки 1А-5Д49–2

 

Для обеспечения давления топлива, необходимого для нормальной работы дизеля, на трубопроводах системы низкого давления установлены предохранительный (ПК) и перепускной клапаны (ПрК). В системе предусмотрен топливоподогреватель (ТП).

Созданию функциональной схемы предшествовал подготовительный этап, включающий в себя анализ сведений о структуре, составе и способе функционирования объекта исследования.

На основе функциональной схемы разработана граф-модель топливной системы в пространстве параметров (рис. 3). Для построения которой функциональные параметры топливной системы представили на модели в виде вершин графа, а причинно-следственные связи между ними, вытекающие из физики функционирования объекта, — ребрами. Ребра проводились независимо от того, известна ли связывающая вершины аналитическая (количественная) зависимость или эта связь носит только качественный характер.

Рис. 3. Граф-модель топливной системы

 

Разработанная математическая модель функционирования объекта исследования задана: множеством функциональных параметров, образующими множество вершин графа Х (полученная граф-модель содержит три типа вершин: тупиковые, имеющие только заходящие ребра; ключевые — только исходящие ребра; смешанные — как исходящие, так и заходящие ребра); конечным множеством ребер U, причем ; трехместным предикатом , и [2].

Кроме графической реализации разработанной математической модели топливной системы в пространстве параметров, возможна ее интерпретация в матрицу смежности. Понятие матрицы смежности используется на различных этапах обработки граф-моделей, поскольку оно полностью определяют понятие графа [5–7].

Матрица смежности граф-модели топливной системы (рис. 4) записывается в виде квадратной матрицы размером , где n — число вершин граф-модели. Вершины граф-модели в матрице смежности располагаются в произвольном порядке. Элемент матрицы стоящий на пересечении i-ой строки и j-го столбца представляет собой коэффициент смежности и принимает следующие значения:

(1)

Рис. 4. Матрица смежности граф-модели топливной системы

 

Обработка граф-модели объекта исследований в пространстве параметров позволяет минимизировать число точек контроля качества его функционирования [1–3].

Математически эта задача решается отысканием минимальных внешне устойчивых подмножеств (МВУП) — Т ориентированного графа, таких, что и истинно высказывание [2]:

(2)

где  — подмножество, образованное отображением вершины х в множестве Х;  — квантор общности.

Следует отметить, что работа с невзвешенной граф-моделью усложняет выбор единственного МВУП [2, 3, 6].

Для взвешивания граф-модели каждой из ее вершин поставили в соответствие вещественное число  — вес вершины граф-модели. В качестве приняли число голосов, отданных за вершину с учетом веса соответствующего ей параметра [2]:

(3)

где λξ — вес параметра ξ-й вершины; μ — число скобок в КНФ, в которой находится ξ-я вершина; kν — число вершин в ν-й скобке КНФ, в которой находится ξ-я вершина. КНФ (конъюнктивно нормальная форма) — сложное логическое высказывание, которое для граф-модели рассматриваемой системы запишется следующим образом:

.

После процедуры взвешивания осуществлена оптимизация граф-модели в пространстве параметров, предусматривающая исключение ключевых вершин, так как информация о них может быть получена в тех смешанных и тупиковых вершинах, в которых они отображаются, а также тех смешанных вершин xi cо сравнительно небольшим показателем νξ, которые полностью заменяются более эффективными вершинами хj [1].

Для определения МВУП использовался алгебраический подход [2], представляющий собой процесс составления и анализа упорядоченных матриц смежности граф-моделей.

Упорядочивание множества вершин граф-модели в матрице смежности A производилось присвоением первых номеров в порядке убывания νξ сначала всем тупиковым вершинам. Дальнейшие номера по порядку аналогичным образом присваивались смешанным и ключевым вершинам соответственно. Из сформированной упорядоченной матрицы смежности А* определили матрицу смежности размером , удовлетворяющую условию (2), где s — число строк соответствующих количеству вершин графа, отброшенных при минимизации; m — число столбцов содержащих вершины вошедшие в МВУП, .

В результате получили достаточно близкое к оптимальному решению задачи МВУП, на основе анализа которого сформировали множество параметров контроля качества функционирования топливной системы:

.

В целом, проведенные исследования показали, что используя понятия теории графов и представляя исследуемый объект через структурные связи его составных элементов и взаимовлияние параметров функционирования возможно составление математической модели объекта в виде конечного ориентированного графа. Полученная таким образом математическая модель наглядно представляется в пространстве параметров и может быть интерпретирована в матрицу смежности, что дает возможность ее последующего анализа и обработки с целью выбора оптимального множества параметров контроля.

 

Литература:

 

  1.                В. И. Техническое диагностирование локомотивов [Текст] / В. И. Бервинов. — М.: УМК МПС РФ, 1998. — 193 с.
  2.                Осис Я. Я. Диагностирование на граф-моделях: На примерах авиационной и автомобильной техники [Текст] / Я. Я. Осис и др. — М.: Транспорт, 1991. — 244 с.
  3.                Пушкарев И. Ф. Контроль и оценка технического состояния тепловозов [Текст] / И. Ф. Пушкарев, Э. А. Пахомов. — М.: Транспорт, 1985. — 162 с.
  4.                Филонов С. П. Тепловоз 2ТЭ116 [Текст] / С. П. Филонов и др. — М.: Транспорт, 1996. — 334 с.
  5.                Оре О. Теория графов [Текст] / О. Оре. — М.: Наука, 1980. — 336 с.
  6.                Липатов Е. П. Теория графов и ее применение [Текст] / Е. П. Липатов. — М.: Знание, 1986. — 32 с.
  7.                Емеличев В. А. Лекции по теории графов [Текст] / В. А. Емеличев и др. — М.: Наука, 1990. — 383 с.
Основные термины (генерируются автоматически): топливная система, дизельная энергетическая установка, пространство параметров, матрица смежности, вершина, функциональная схема, математическое моделирование, математическая модель, разработанная математическая модель, грубая очистка.


Ключевые слова

математическое моделирование, техническая диагностика подвижного состава, граф-модель

Похожие статьи

Выбор контролируемых параметров для оценки качества...

Кроме графической реализации разработанной математической модели топливной системы в пространстве параметров, возможна ее интерпретация в матрицу смежности.

Разработка математических моделей процессов очистки...

Для построения статистических математических моделей технологических процессов очистки и джинирования хлопка-сырца был использован данный метод. Сущность этого метода математического моделирования заключается в следующем

Проблема применения математического моделирования...

 большая адекватность между математической моделью и физической сущностью описываемого процесса;  моделирование значительно более широкого класса систем по сравнению с аналитическими моделями

Математическое моделирование комплексных экономических...

математическое моделирование, модель, моделирование, этап, экономическая модель, экономическая теория, процесс, математическая модель, экономическая сфера, мой взгляд.

Моделирование статических и динамических характеристик...

свободная турбина, математическая модель, СИМ, камера сгорания, модель, параметр, Газотурбинная энергетическая установка, Уфа, работа методы, функционал невязок.

Математическое моделирование процесса технической...

Ключевые слова: математическое моделирование, дизель-генераторная установка, расход топлива, техническая эксплуатация, дизельный локомотив. Техническая эксплуатация автономных (дизельных)...

Выбор контролируемых параметров для оценки качества...

Кроме графической реализации разработанной математической модели топливной системы в пространстве параметров, возможна ее интерпретация в матрицу смежности.

Особенности проектирования малоразмерных энергетических...

COMPRESSOR, СИМ, центробежный компрессор, имитационное моделирование, проектировочный расчет, НИЛ, конструктивная схема, математическая модель, рабочее колесо, функциональное проектирование.

Разработка математических моделей процессов очистки...

Для построения статистических математических моделей технологических процессов очистки и джинирования хлопка-сырца был использован данный метод. Сущность этого метода математического моделирования заключается в следующем

Математическое моделирование и бизнес-анализ в практической...

модель, решение, задача, экономико-математическое моделирование, AVC, AFC, математическое моделирование, математическая модель, экономический анализ, вид сырья.

Проблема применения математического моделирования...

 большая адекватность между математической моделью и физической сущностью описываемого процесса;  моделирование значительно более широкого класса систем по сравнению с аналитическими моделями

Математическая модель асинхронного двигателя во...

Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов. переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты.

Емельянов А.А., Клишин А.В., Медведев А.В. Математическая модель АД в неподвижной системе координат с переменными [Текст]...

Математическое моделирование комплексных экономических...

математическое моделирование, модель, моделирование, этап, экономическая модель, экономическая теория, процесс, математическая модель, экономическая сфера, мой взгляд.

Моделирование статических и динамических характеристик...

свободная турбина, математическая модель, СИМ, камера сгорания, модель, параметр, Газотурбинная энергетическая установка, Уфа, работа методы, функционал невязок.

Математическое моделирование процесса технической...

Ключевые слова: математическое моделирование, дизель-генераторная установка, расход топлива, техническая эксплуатация, дизельный локомотив. Техническая эксплуатация автономных (дизельных)...

Особенности проектирования малоразмерных энергетических...

COMPRESSOR, СИМ, центробежный компрессор, имитационное моделирование, проектировочный расчет, НИЛ, конструктивная схема, математическая модель, рабочее колесо, функциональное проектирование.

Математическое моделирование и бизнес-анализ в практической...

модель, решение, задача, экономико-математическое моделирование, AVC, AFC, математическое моделирование, математическая модель, экономический анализ, вид сырья.

Компьютерное моделирование гидравлических систем

Построена математическая модель типовой гидравлической системы, Построение и исследование программных моделей выполнено с использованием Matlab/ Simulink r2015b и его расширения — SimScape/SimHydraulics.

Похожие статьи

Выбор контролируемых параметров для оценки качества...

Кроме графической реализации разработанной математической модели топливной системы в пространстве параметров, возможна ее интерпретация в матрицу смежности.

Разработка математических моделей процессов очистки...

Для построения статистических математических моделей технологических процессов очистки и джинирования хлопка-сырца был использован данный метод. Сущность этого метода математического моделирования заключается в следующем

Проблема применения математического моделирования...

 большая адекватность между математической моделью и физической сущностью описываемого процесса;  моделирование значительно более широкого класса систем по сравнению с аналитическими моделями

Математическое моделирование комплексных экономических...

математическое моделирование, модель, моделирование, этап, экономическая модель, экономическая теория, процесс, математическая модель, экономическая сфера, мой взгляд.

Моделирование статических и динамических характеристик...

свободная турбина, математическая модель, СИМ, камера сгорания, модель, параметр, Газотурбинная энергетическая установка, Уфа, работа методы, функционал невязок.

Математическое моделирование процесса технической...

Ключевые слова: математическое моделирование, дизель-генераторная установка, расход топлива, техническая эксплуатация, дизельный локомотив. Техническая эксплуатация автономных (дизельных)...

Выбор контролируемых параметров для оценки качества...

Кроме графической реализации разработанной математической модели топливной системы в пространстве параметров, возможна ее интерпретация в матрицу смежности.

Особенности проектирования малоразмерных энергетических...

COMPRESSOR, СИМ, центробежный компрессор, имитационное моделирование, проектировочный расчет, НИЛ, конструктивная схема, математическая модель, рабочее колесо, функциональное проектирование.

Разработка математических моделей процессов очистки...

Для построения статистических математических моделей технологических процессов очистки и джинирования хлопка-сырца был использован данный метод. Сущность этого метода математического моделирования заключается в следующем

Математическое моделирование и бизнес-анализ в практической...

модель, решение, задача, экономико-математическое моделирование, AVC, AFC, математическое моделирование, математическая модель, экономический анализ, вид сырья.

Проблема применения математического моделирования...

 большая адекватность между математической моделью и физической сущностью описываемого процесса;  моделирование значительно более широкого класса систем по сравнению с аналитическими моделями

Математическая модель асинхронного двигателя во...

Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов. переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты.

Емельянов А.А., Клишин А.В., Медведев А.В. Математическая модель АД в неподвижной системе координат с переменными [Текст]...

Математическое моделирование комплексных экономических...

математическое моделирование, модель, моделирование, этап, экономическая модель, экономическая теория, процесс, математическая модель, экономическая сфера, мой взгляд.

Моделирование статических и динамических характеристик...

свободная турбина, математическая модель, СИМ, камера сгорания, модель, параметр, Газотурбинная энергетическая установка, Уфа, работа методы, функционал невязок.

Математическое моделирование процесса технической...

Ключевые слова: математическое моделирование, дизель-генераторная установка, расход топлива, техническая эксплуатация, дизельный локомотив. Техническая эксплуатация автономных (дизельных)...

Особенности проектирования малоразмерных энергетических...

COMPRESSOR, СИМ, центробежный компрессор, имитационное моделирование, проектировочный расчет, НИЛ, конструктивная схема, математическая модель, рабочее колесо, функциональное проектирование.

Математическое моделирование и бизнес-анализ в практической...

модель, решение, задача, экономико-математическое моделирование, AVC, AFC, математическое моделирование, математическая модель, экономический анализ, вид сырья.

Компьютерное моделирование гидравлических систем

Построена математическая модель типовой гидравлической системы, Построение и исследование программных моделей выполнено с использованием Matlab/ Simulink r2015b и его расширения — SimScape/SimHydraulics.

Задать вопрос