فهرست مطالب

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 36 (پاییز 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/09/07
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید اشکان موسویان، غلامحسن نجفی، برات قبادیان، سید مصطفی میرسلیم * صفحات 3-14

    در یک موتور درونسوز، پیستون ها همواره در معرض عیب سایش هستند. این عیب می تواند به سیلندر و پیستون موتور آسیب جدی وارد کرده به طوری که عملکرد موتور را به شدت کاهش دهد. هدف از این مقاله بررسی اثرات عیب سایش پیستون بر روی ارتعاشات موتور به منظور استفاده از ارتعاشات برای شناسایی این عیب می باشد. بدین منظور سیگنال های ارتعاش افقی و عمودی موتور در حالات سالم و سیلندر و پیستون ساییده اخذ شدند. در این پژوهش از تحلیل های حوزه زمان، حوزه فرکانس و حوزه زمان-فرکانس برای ارتعاشات موتور استفاده شد. در تحلیل حوزه زمان، دو پارامتر ریشه میانگین مربعات و فاکتور ضربه از سیگنال های ارتعاش استخراج شدند. برای تحلیل های فرکانس و زمان-فرکانس، به ترتیب روش های تبدیل سریع فوریه و تبدیل فوریه زمان-کوتاه به کار گرفته شد. همچنین در تحلیل حوزه زمان-فرکانس، از دو ویژگی میانگین و انرژی ارتعاش استفاده شد. نتایج نشان داد که عیب سایش پیستون ارتعاشات چشمگیری را در جهات افقی و عمودی موتور ایجاد می کند. همچنین با توجه به نتایج به دست آمده، عیب سایش پیستون ارتعاشات قابل توجهی را در باند فرکانسی 2 تا 6 کیلو هرتز در جهت افقی ایجاد کرد، در حالیکه برای ارتعاشات عمودی موتور، باند فرکانسی 4 تا 6 کیلو هرتز تحت تاثیر قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ارتعاشات موتور قادر به شناسایی عیب سایش پیستون بوده و می تواند برای تشخیص این عیب در موتور به کار رود.

    کلیدواژگان: موتور درونسوز، عیب سایش پیستون، ارتعاشات موتور، تحلیل حوزه زمان، تحلیل حوزه فرکانس، فرکانس
  • سعید غلامی نیا، منصور رفیعیان، حمیدرضا ابوطالبی صفحات 15-26
    با توجه به سهم مهم و وسیع حمل و نقل ریلی و قیمت بالای ماشین آلات و تجهیزات مورد استفاده در این بخش، استفاده از روش های نوین نگهداری و تعمیرات (نت)، ضرورتی اجتناب ناپذیر است. تحقیق حاضر به صورت تجربی و با همکاری مجموعه کارخانجات تعمیرات لکوموتیو بافق صورت گرفته و بر اساس نیاز ویژه این مجموعه تعریف شده است. در این تحقیق توانایی تحلیل ارتعاشی، برای یافتن لاینر ترکدار لکوموتیوهای دیزل آلستوم فعال در خطوط راه آهن ایران مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. هدف آن است که با نصب حسگرهای شتاب سنج بر دیواره خارجی موتور لکوموتیو و پردازش و تحلیل سیگنال های دریافتی، لاینر معیوب شناسایی شود. با توجه به طبیعت ناایستان سیگنال های ثبت شده، برای پردازش سیگنال ها از تبدیل فوریه زمان-کوتاه و تبدیل موجک استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که هر دوی این تبدیل ها در تمیز دادن لاینر معیوب از سالم کارآمد هستند و می توانند جایگزین مناسبی برای روش های سنتی کنونی باشند. از جمله فواید جایگزینی این روش با روش های کنونی، کاهش زمان تعمیرات، کاهش هزینه های جاری، کاهش مدت زمان خواب موتور در بخش تعمیرات، افزایش بهره وری و تشخیص بهنگام و قابل اطمینان را می توان نام برد. در صورت عدم تشخیص بهنگام و کامل شدن ترک لاینر، خرابی های جبران ناپذیری به بار خواهد آمد. این خرابی ها گاها تا به حدی است که موتور به طور کامل از رده خارج می شود. این موضوع انگیزه اصلی تحقیق حاضر بوده است.
    کلیدواژگان: لکوموتیو آلستوم، نگهداری و تعمیرات (نت)، تبدیل فوریه زمان، کوتاه، تبدیل موجک، پایش وضعیت
  • محمدحسن شجاعی فرد، محمد مزیدی، مهندس سید مصطفی آقا میرسلیم، مهندس محمدرضا یثری صفحات 27-38
    در موتورهای احتراق داخلی، با خروج گازهای بسیار گرم از موتور، دریچه دود و نشیمنگاه آن دماهای بالاتری را تحمل می کنند. برای اجتناب از آسیب رسیدن به دریچه، با توجه به اینکه بخش عمده ای از حرارت در هنگام تماس دریچه با نشیمنگاه انتقال می یابد، تخمین ضریب انتقال حرارت تماسی و شناسایی کمیت های موثر بر مقدار آن، یکی از چالش های عمده در طراحی موتورهای احتراق داخلی است. در این مقاله، با استفاده از دماهای اندازه گیری شده در نقاط مشخصی از دریچه دود و نشیمنگاه و با به کارگیری روش های برون یابی خطی و انتقال حرارت معکوس، ضریب انتقال حرارت تماسی تخمین زده می شود. همچنین، با شبیه سازی عددی مساله به کمک نرم افزاری تجاری و با به کار بردن ضرایب تخمین زده شده به وسیله روش معکوس به عنوان ورودی نرم افزار، دما در محل دماجفت ها در حالت پایا استخراج و با دماهای اندازه گیری شده مقایسه شده است. خطاهای ناشی از حل عددی در مقایسه با دو روش دیگر بزرگتر است، ولی به طورکلی نتایج حاصل از آن دماهای اندازه گیری شده را پوشش می دهد و قابل قبول است.
    کلیدواژگان: ضریب انتقال حرارت تماسی، دریچه دود، نشیمنگاه، حل معکوس، شبیه سازی عددی
  • حسین مظاهری، محمود فاضل صفحات 39-50
    در این پژوهش، با به کارگیری فرآیند ذوب سطحی توسط قوس تنگستن - گاز لایه سطحی حاوی ذرات کاربید سیلیسیوم بر سطح فولاد ASTM A106-Gr.B ایجاد شد. این فرآیند با پیش نشانی ذرات کاربید سیلیسیوم با درصد های حجمی متفاوت بر سطح فولاد و با تغییر شدت جریان، فرآیند ذوب انجام گردید. ریز ساختار پوشش ایجاد شده توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) همراه با آنالیز نقطه ای بررسی شد. یافته ها نشان داد، پوشش ساختاری دندریتی حاوی تقویت کننده کاربید سیلیسیوم دارد. سختی پوشش های بدست آمده در آزمون های ریز سختی سنجی تعیین شد. نتایج آزمون ریز سختی سنجی نشان داد سختی پوشش ایجاد شده بین 650 تا 1200 ویکرز متغیر است. این در حالی بود که سختی سطحی نمونه بدون پوشش 200 ویکرز اندازهگیری شد. رفتار سایشی این پوشش ها توسط آزمون سایش رفت و برگشتی ارزیابی شد. بررسی رفتار سایشی نمونه های پوششدار و بدون پوشش بیانگر بهبود چشمگیر رفتار سایشی فولاد در اثر افزودن تقویت کننده کاربید سیلیسیوم بود. مکانیزم عمده سایش در نمونه بدون پوشش سایش ورقه ای و اکسایش سطحی و در نمونه های پوشش داده شده اثرات توام سایش ورقه ای، اکسایش سطحی و سایش چسبان تشخیص داده شد.
    کلیدواژگان: فرآیند قوسی تنگستن، گاز، پوشش سخت سطحی، کامپوزیت فولاد، کاربید سیلیسیوم
  • محمد رسول مروتیان، وحید حسینی صفحات 51-60
    بررسی رفتارهای سه بعدی جریان های درون موتور احتراق داخلی همواره جزء یکی از علاقه مندی های طراحان موتور بوده است. امروزه طراحان با استفاده از تحلیل های پویایی سیالات محاسباتی، این رفتارها را قبل از ساخت یک موتور، در حالت نزدیک به واقعیت، مورد ارزیابی قرار می دهند تا در جهت رفع ایرادات طراحی های خود گام بردارند. در این مقاله، منیفولد ورودی هوا در موتور خودروی ملی تیبا (موتور بنزینی چهار سیلندر با حجم 5/1 لیتر) با استفاده از یک تحلیل پویایی سیالاتی سه بعدی و گذرا برای چندین حالت خاص از کارکرد موتور و همچنین حالتی خاص از تغییر زمان بندی سوپاپ ورودی (زودتر باز شدن سوپاپ ورودی)، مدل سازی شده است. بررسی اثرات حالت خاص زودتر باز شدن سوپاپ بر روی پارامترهای سیالاتی عملکردی موتور در منیفولد ورودی، برای اولین بار در ایران، به صورت سه بعدی و برای این موتور ملی انجام شده است. نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی شرکت سازنده و نمودارهای مرجع، صحت سنجی شده و تطابق خوبی بین آن ها برقرار است. نتایج نشان می دهد زودتر باز شدن سوپاپ هوا باعث افزایش راندمان حجمی در دورهای بالا موتور می شود. از دیگر نتایج این مدل سازی، یافتن رفتار مستقیم متوسط فشار درون منیفولد ورودی با میزان باز شدن دریچه گاز و همچنین رفتار عکس متوسط فشار با دور موتور می باشد.
    کلیدواژگان: منیفولد ورودی موتور احتراق داخلی، فرآیند انتقال گاز، موتور iVVT، شبیه سازی پویایی سیالات محاسباتی
  • مقداد خزایی، برات قبادیان، احمد بناکار، مصطفی میرسلیم، سعید مینایی صفحات 61-70
    در این پژوهش سامانه ای خودکار و هوشمند جهت تشخیص عیوب رایج تسمه زمانبندی بر اساس سیگنال های ارتعاشات آن معرفی شده است. بدین منظور ارتعاشات تسمه زمانبندی در عیوب مختلف و رایج آن تحصیل شد. به منظور داده کاوی از سیگنال های ارتعاشی 6 تابع ویژگی انحراف از معیار، کورتوسیس، اسکیوونس، فاکتور ضربه، فاکتور شکل و فاکتور کرست که هریک از آنها بیانگر نوعی از رفتارهای یک سیگنال هستند؛ استخراج شدند. پس از استخراج مشخصه های هر عیب در مرحله داده کاوی، از طبقه بند شبکه عصبی مصنوعی (ANN) جهت تشخیص هوشمند تسمه های معیوب استفاده شد. شبکه عصبی توسط 60 درصد از مشخصه های استخراج شده از سیگنال ها آموزش و سپس توسط مابقی آنها آزمون شد. نتایج نشان داد ارتعاشات تسمه در هنگام بروز عیب دچار آشفتگی گشته و رفتار ضربه ای شدیدتر از خود نشان می دهند. همچنین شبکه عصبی توانست با دقت 90 درصد عیوب تسمه زمانبندی را تشخیص دهد و طبقه بندی کند. نتایج این پژوهش نشان می دهد که استفاده از سیگنال های ارتعاشی جهت تشخیص عیوب ریز تسمه زمانبندی و پیشگیری از پارگی کامل آن موثر بوده است. همچنین نتایج نشان داد تلفیق روش های داده-کاوی و هوش مصنوعی ترکیب توانمند و موفقی جهت عیب یابی تسمه زمانبندی است.
    کلیدواژگان: تسمه زمانبندی، عیب یابی و طبقه بندی عیوب، تحلیل ارتعاشات، داده کاوی، شبکه عصبی مصنوعی
|
  • Seyed Ashkan Moosavian, Gholamhassan Najafi, Barat Ghobadian, Seyed Mostafa Mirsalim Pages 3-14

    Pistons are always exposed to scuffing fault in an internal combustion engine. This fault can seriously damage piston and cylinder so that engine performance decreases drastically. The objective of this research is to investigate the effects of piston scuffing fault on the engine vibration in order to the usage of vibrations for detecting this fault. To this end، horizontal and vertical vibration signals of the engine were captured for healthy condition and scuffed piston and cylinder state. In this research، time-domain، frequency-domain and time-frequency domain analyses were used for the engine vibrations. In time-domain analysis، two parameters of root mean square and impulse factor were extracted from the vibration signals. Fast Fourier transform and short-time Fourier transform were employed for frequency-domain and time-frequency domain analyses، respectively. Moreover، two features of mean and energy were used in time-frequency domain analysis. The results showed that the piston scuffing fault generates significant vibrations in horizontal and vertical directions of the engine. Also based on the obtained results، the piston scuffing fault produced substantial vibrations in the frequency band of 2 to 6 kHz in the horizontal direction، whereas for the vertical vibrations of the engine، the frequency band of 4 to 6 kHz was affected. The obtained results demonstrated that the engine vibrations are capable of identifying the pistion scuffing fault، and can be used for its detection in engine.

    Keywords: Internal combustion engine, Piston scuffing fault, Engine vibrations, Time, domain analysis, Frequency, frequency domain analysis
  • Saeed Gholaminia, Mansour Rafeeyan, Hamidreza Abutalebi Pages 15-26
    Due to the important and large contribution of rail transport and the high costs of machinery and equipment used in this section، the use of modern maintenance and repair methods is an inevitable necessity. The present study has been done experimentally in cooperation with “Bafgh locomotive repair factories complex” and has been defined due to its specific need. In this study the vibration analysis capabilities in order to find the cracked liner of Alstom diesel locomotives، operating in Iran’s railroads، have been discussed. The goal is that by mounting accelerometer sensors on the outer wall of locomotive engine and processing and analysis of collected signals، the faulty liner could be identified. Due to the non-stationary nature of collected signals، Short Time Fourier Transform and Wavelet Transform have been adopted for processing of these signals. The results show that both of these transforms are efficient in distinguishing the faulty and normal liners and can be an appropriate alternative to the current traditional methods. Among the benefits of replacement of this method with current methods، repair time reduction، running costs reduction، engine down time period in repairs section reduction، efficiency increment and timely and reliable detection can be named. In case of lack of timely diagnosis and completion of crack، irreparable damages will come. Sometimes the damage is so that the engine is completely outdated. This was the main motivation of the present study.
    Keywords: Alstom locomotive, Maintenance, Short Time Fourier Transform, Wavelet Transform, Condition Monitoring
  • Prof. Mohammad Hassan Shojaeefard, Dr. Mohammad Mazidi, S. Mostafa Agha Mirsalim, Mohammad Reza Yosri Pages 27-38
    In an internal combustion engine، the temperature of the exhaust valve and its seat becomes extremely high as high temperature gases exit the engine. In order to avoid damage of the exhaust valve، the rate of the heat transferred from it should be under control. As the significant amount of the heat transfers when the exhaust valve is in contact with its seat، the estimation of thermal contact conductance and the identification of the parameters which have influence upon it are one of the most considerable challenges in the design of an internal combustion engine. In this paper، the thermal contact conductance is estimated by using the temperatures measured at several points within the exhaust valve and its seat. The linear extrapolation and inverse methods are applied. The results show that the thermal contact conductance increases as the contact pressure rises. In addition، a numerical simulation of the problem is performed by using a commercial software package. The thermal contact conductance obtained by inverse method is utilized as an input to the analysis. The temperatures obtained at thermocouple locations are compared with measured temperatures in order to validate the inverse solution and to investigate the accuracy of the numerical solution using the software. The error associated with numerical solution is larger than those due to two other methods. Generally، numerical results cover the measured temperatures and are acceptable.
    Keywords: thermal contact conductance, exhaust valve, seat, inverse solution, numerical simulation
  • Hossein Mazaheri, Mahmoud Fazel Pages 39-50
    In this research work، mechnanism of SiC insertation into A106 steel surface and composite layer formation studied. This layers formed using TIG arc welding process. Therefore، silicon carbide particles with different volume percentages were applied on the steel surface by changing the current density، melting and mixing process. Composite layer microstructures studied using optical microscopy، scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) spot analysis. The results showed that surface layers have the dendritic structure with silicon carbides particles into ferite phase. Micro hardness tests results showed increasing of surface hardness about 650 to 1200 VHN compare to uncoated samples about 200 VHN. Studing of composite layers wear behavior showed significant improvements with added silicon carbide reinforcement. The dominant wear mechanism of uncoated samples were delamination wear and surface oxidation. But، results showed that coated samples had a mixture of delamination wear، surface oxidation and adhesive wear.
    Keywords: Gas tungsten arc process, Hard coating surface, Steel, silicon carbide composite
  • Mohammad Rasool Morovatiyan, Dr. Vahid Hosseini Pages 51-60
    Investigation of 3-D flow behavior into Internal Combustion Engines is always of designers’ interests. Due to refine designs، using CFD models makes designs towards a real evaluation. A 3-D CFD model was developed to study effects of early intake valve opening on the flow field characteristics in the intake manifold of a domestically-produced spark-ignited gasoline 1. 5 liter، 4-cylinders engine، TIBA (manufactured by MEGA motor Co.). The performance of the model was validated against experimental results of the engine obtained from the flow bench of the company. Investigation of EIVO/EIVC strategies has been done first time in Iran with 3D simulation for the National Engine. The results of implementing these strategies on valve events show that the average of intake manifold pressure has direct relation with the amount of throttle opening. Also the average of intake manifold pressure has reverse relation with engine speed. In addition، with considering of early intake valve opening (EIVO) and early intake valve closing (EIVC)، the volumetric efficiency will be increased in higher engine speed.
    Keywords: Intake Manifold of internal combustion engine, Gas Exchange Process, iVVT Engine, CFD simulation
  • Meghdad Khazaee, Dr Barat Ghobadian, Dr Ahmad Banakar, Dr Mostafa Mirsalim, Dr Saeid Minaei Pages 61-70
    In this research، an intelligent and automatic procedure is introduced for diagnosis of some common faults of timing belt bases on its vibration signals. For this goal، vibration signals were gained in different faulty conditions of timing belt. In data mining step، six features namely، standard deviation، kurtosis، skewness، impulse factor، shape factor and crest factor were extracted from vibration signals aim to better monitoring of signals behavior. After extracting the fault characteristics، Artificial Neural Network (ANN) classifier was used for intelligent detection of faulty belts. The ANN was trained with 60 percent of signals and was tested with other signals. The results show the faulty belts have a turbulence vibration and impulsive behavior. Also، ANN classifier detected and classified the timing belts faults with 90 percent accuracy. The results show which the use of vibration signals for small faults detection of timing belt was effective aim to prevent its complete rupture. The results demonstrate the combination of data mining and artificial intelligence techniques is a powerful and successful procedure for precision timing belt troubleshooting.
    Keywords: Timing belt, Fault detection, classification, Vibration analysis, Data mining, Artificial Neural Network (ANN).