Контент-платформа Pandia:     2 872 000 материалов , 128 197 пользователей.     Регистрация


Диагностирование подшипников кривошипно-шатунного механизма двигателей внутреннего сгорания по параметрам пульсации давления в центральной масляной магистрали

 просмотров

На правах рукописи

Гриценко Александр Владимирович

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПОДШИПНИКОВ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ ПО ПАРАМЕТРАМ ПУЛЬСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ

В ЦЕНТРАЛЬНОЙ МАСЛЯНОЙ МАГИСТРАЛИ

Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск - 2009

Работа выполнена на кафедре «Эксплуатация автотранспорта и производственное обучение» ФГОУ ВПО «Челябинский государственный агроинженерный университет».

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация:

ФГОУ ВПО «Башкирский

государственный аграрный

университет»

Защита диссертации состоится «23» апреля 2009 г., в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 при Челябинском государственном агроинженерном университете по адресу: 454080 г. Челябинск, пр. им. , 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного агроинженерного университета.

Автореферат разослан «20» марта 2009 г. и размещен на официальном сайте ФГОУ ВПО «ЧГАУ» http://www. «20» марта 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Приоритетное значение в настоящее время приобретает диагностирование систем и механизмов машин, которые дают наибольшее число отказов, требующих значительных затрат на устранение их последствий и снижающих коэффициент технической готовности. Одним из основных механизмов мобильных машин, дающих 10-30 % отказов двигателя, является кривошипно-шатунный механизм (КШМ). Однако процесс диагностирования КШМ в условиях эксплуатации не отличается высокой достоверностью, а информация, получаемая при этом, не позволяет определять требуемые технологические воздействия по поддержанию его работоспособного состояния, следовательно, управлять его состоянием. Данное обстоятельство объясняется несовершенством методов и средств диагностирования КШМ и системы смазки.

Все это может привести к внезапному отказу - нагреву и оплавлению вкладышей, вплоть до разрушения базовых элементов (трещины в блоке цилиндров, разрушение блока). Совместно с затратами на ремонт и приобретение новых базовых деталей суммарные затраты составляют 15-20% стоимости автомобиля.

Возникает потребность в достоверном нахождении неисправного элемента КШМ в начальной стадии формирования отказа, а также в определении технического состояния КШМ без разборки агрегатов и систем с минимальными затратами ресурсов.

Работа выполнена в соответствии с межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса РФ на гг. (Проблема IX. Научное обеспечение повышения машинно-технологического и энергетического потенциала сельского хозяйства России), одобренной Президиумом РАСХН 16.11.06. и Межведомственным координационным советом по формированию и реализации программы 19.10.06, планом научно-исследовательских работ кафедр «Эксплуатация автотранспорта и производственное обучение» и «Эксплуатация машинно-тракторного парка» ЧГАУ.

Цель работы. Повышение эффективности диагностирования подшипников кривошипно-шатунного механизма и элементов системы смазки двигателей внутреннего сгорания.

Объект исследования. Технологический процесс диагностирования подшипников кривошипно-шатунного механизма и элементов системы смазки двигателей внутреннего сгорания.

Предмет исследования. Взаимосвязь величины зазоров в подшипниках кривошипно-шатунного механизма и технического состояния элементов системы смазки с параметрами пульсации давления в центральной масляной магистрали (ЦММ) двигателя внутреннего сгорания.

Научная новизна основных положений, выносимых

на защиту

1. Установлена взаимосвязь параметров пульсации давления в ЦММ двигателя внутреннего сгорания с величиной зазоров в подшипниках кривошипно-шатунного механизма и технического состояния элементов системы смазки.

2. Выявлены закономерности изменения давления масла в ЦММ в процессе их аналитического исследования.

3. Получены эмпирические уравнения, отражающие взаимосвязь технического состояния подшипников КШМ и элементов системы смазки с параметрами пульсации давления в ЦММ.

Практическая ценность работы и реализация ее результатов

1. Разработан способ безразборного диагностирования подшипников КШМ двигателя внутреннего сгорания, который защищен патентом на изобретение РФ № /06(2344400).

2. Разработанный способ позволяет снизить простои в капитальном и текущем ремонте (на 15 и 17% соответственно) и повысить коэффициент технической готовности мобильных машин.

3. Разработанная технология диагностирования позволяет определять техническое состояние коренных и шатунных подшипников как при поэлементном диагностировании Д-2 двигателя, так и при любом заявочном диагностировании при эксплуатации мобильных машин в любых условиях.

Результаты исследований могут быть использованы научно-исследовательскими, ремонтными, автообслуживающими организациями при определении технического состояния подшипников КШМ и элементов системы смазки ДВС.

Внедрение. Способ диагностирования, технология и средство диагностирования используются при определении технического состояния подшипников КШМ и элементов системы смазки автомобилей техническим центром -сервис», СТО «Интервал», а также в учебном процессе кафедр «Эксплуатация автотранспорта и производственное обучение», «Эксплуатация машинно-тракторного парка» ЧГАУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях ЧГАУ (Челябинск, гг.), ГОСНИТИ (Москва, 2007 г.). Отдельные положения работы используются в учебном процессе ЧГАУ.

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в 12 научных работах, в том числе в журнале «Механизация и электрификация сельского хозяйства». Получены патенты на изобретение (№ /06(2344400)) и на полезную модель (№/22(71765)).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 189 страницах и включает в себя 17 таблиц, 73 рисунка. Работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографии из 138 наименований и 26 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» проведен анализ влияния технического состояния КШМ и элементов системы смазки на технико-экономические показатели работы двигателя и его надежность, анализ способов контроля технического состояния и диагностирования КШМ и элементов системы смазки ДВС.

По данным , на ремонт двигателя поступает наибольшее число заказов в автосервисе (15 %). Фактическая износостойкость и темп износа двигателей могут отличаться в 1,5-3,0 раза от нормативных величин, фактический эксплуатационный срок службы значительно отличается от паспортного.

Снижение ресурса автомобильных двигателей вызывается такими эксплуатационными факторами, как условия эксплуатации; режим работы; квалификация кадров; номенклатура и качество масел; режим обкатки; качество ремонта и техобслуживания.

Отказы подшипников КШМ и элементов системы смазки могут возникать как на стадии обкатки двигателя, так и в эксплуатации. Для предупреждения формирования отказов подшипников КШМ и элементов системы смазки, а также оценки их технического состояния при эксплуатации требуется разработка надежного способа диагностирования.

Разработкой способов контроля технического состояния и диагностирования КШМ и элементов системы смазки ДВС занимались такие ученые, как , , , , , , , , , , , , , и др. Разработкой способов контроля технического состояния и диагностирования подшипников КШМ и элементов системы смазки ДВС по параметрам давления занимались , , , , , , и др.

На основании проведенного анализа способов определения технического состояния и диагностирования подшипников КШМ и элементов системы смазки ДВС установлена недостаточная эффективность технологий и средств диагностирования. Для повышения эффективности процесса диагностирования предлагается использование нового способа диагностирования по параметрам пульсации давления в ЦММ, который содержит информацию о всех подшипниках КШМ и элементах смазки. Однако связи между структурными и диагностическими параметрами множественны и неопределенны. Для раскрытия неопределенности была выдвинута научная гипотеза: Определение технического состояния коренных подшипников КШМ возможно посредством измерения отношения давлений при работе диагностируемых подшипников в течение цикла под максимальной нагрузкой, в последующий цикл без нагрузки на малой частоте вращения коленчатого вала двигателя, а шатунных подшипников КШМ - по нелинейности величины давления в ЦММ при средней частоте вращения коленчатого вала двигателя.

С учетом изложенного и в соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследования.

1. Исследовать и обосновать закономерности влияния величины зазоров в коренном и шатунном подшипнике на параметры пульсации давления в ЦММ с учетом частоты вращения коленчатого вала двигателя.

2. Теоретически и экспериментально обосновать диагностические режимы и параметры процесса диагностирования подшипников КШМ и элементов системы смазки по параметрам пульсации давления в ЦММ.

3. Разработать способ и технологию процесса диагностирования подшипников КШМ двигателей внутреннего сгорания по параметрам пульсации давления в ЦММ.

4. Определить технико-экономическую эффективность процесса диагностирования в лабораторных и производственных условиях.

Во второй главе «Теоретическое исследование процесса подачи масла к подшипникам кривошипно-шатунного механизма и элементам системы смазки» решались следующие вопросы:

- определение взаимосвязи величины зазоров в подшипниках кривошипно-шатунного механизма и технического состояния элементов системы смазки с параметрами давления в ЦММ ДВС;

- обоснование диагностических параметров и режимов диагностирования для оценки технического состояния элементов системы смазки и подшипников КШМ.

В общем виде выражение, описывающее расход масла через различные элементы системы смазки, можно представить следующим образом:

, (1)

где - расход масла, л/с; - перепад давления на исследуемом элементе, МПа; - динамическая вязкость масла, .

Расход масла через исследуемый элемент есть нелинейная функция перепада на нем давления и динамической вязкости масла .

Уравнение баланса расходов для каждого узла системы, состоящей из n узлов, имеет вид

, (2)

где - расход масла в k-й ветви, подводящей масло в i-й узел ( - число таких ветвей), л/с; - расход масла в m-й ветви, отводящей масло из i-го узла ( - число таких ветвей), л/с.

Перепад давлений в каждой ветви есть разница между давлением в предыдущем и последующем узлах, поэтому система (2) состоит из n нелинейных уравнений относительно n неизвестных давлений в узлах. В общем виде (при условии неразрывности потока в каждой из ветвей) система этих уравнений имеет вид

(3)

где , - сумма расходов в ветвях, подающих масло в i-й узел и отводящих из него масло, л/с; - вектор неизвестных давлений в узлах, МПа.

Процесс подачи масла был разбит на ряд характерных участков, оказывающих существенное влияние на формирование давления в ЦММ: 1) участок движения масла от маслоприемника до датчика давления; 2) участок движения масла от датчика давления до коренных шеек коленчатого вала; 3) участок движения масла из коренной шейки в наклонный канал в щеке коленчатого вала и к шатунной шейке коленчатого вала.

В исследованиях для расчетов использовались конструктивные параметры КШМ и системы смазки двигателя ЗМЗ-4062.

Для выбора диагностических параметров и режимов диагностирования на первом участке было составлено выражение для расчета расхода масла , м3/с, через маслоприемник и всасывающую магистраль насоса:

, (4)

где - вакуумметрическая высота, м; - высота всасывания, ; - ускорение свободного падения, ; - площадь сечения приемного патрубка маслоприемника, ; - коэффициент Дарси для приемного патрубка; - длина приемного патрубка, ; - диаметр приемного патрубка, ; - коэффициент сопротивления сетки маслоприемника.

Подставив в выражение (4) для двигателя ЗМЗ-4062: , , , , , при различных значениях коэффициентов сопротивления получим зависимость расхода масла через маслоприемник , , от коэффициента сопротивления сетки маслоприемника (рисунок 1).

График можно разделить на три участка: , и . На участке длиной наблюдается линейное падение расхода масла через маслоприемник при несущественном росте сопротивления сетки маслоприемника. В точке , соответствующей расходу масла на участке наблюдается равенство подачи масла насосом и расхода через элементы КШМ. На участке длиной наблюдается нарушение линейности (перегиб) зависимости. Участок длиной характеризуется линейным (очень малым) изменением расхода масла через маслоприемник при существенном росте сопротивления сетки маслоприемника (с 700 до 5210). При эксплуатации ДВС для безаварийной работы подшипников КШМ необходимо, чтобы расход масла всегда находился на участке , причем выше точки (расход масла более ). Снижение расхода масла в области участков и недопустимо, т. к. производительность насоса будет ограничиваться пропускной способностью маслоприёмника, что при некоторых допустимых износах подшипников может привести к аварийному режиму их работы.

Рисунок 1 - Зависимость расхода масла через маслоприемник

от коэффициента сопротивления сетки маслоприемника

Приравняв производительность насоса к предельным значениям пропускной способности маслоприемника, получили выражение для расчета частоты вращения шестерен масляного насоса , , которая соответствует максимальному значению давления масла , , при различной степени засоренности маслоприемника:

, (5)

где - объем полостей между зубьями шестерни, .

Давление в центральной масляной магистрали

, (6)

где - подача масла насосом в центральную масляную магистраль, ; - плотность масла, ; - коэффициент расхода масла; - суммарная площадь сечения в подшипниках двигателя, .

По выражениям (5) и (6) была получена зависимость давления , МПа, масла в центральной масляной магистрали от частоты вращения шестерен масляного насоса n, , для различных значений коэффициентов сопротивления сетки маслоприемника в момент выравнивания подачи масла насосом и расхода через подшипники КШМ (рисунок 2).

Рисунок 2 - Зависимости величины давления от частоты вращения шестерен масляного насоса n для различных значений коэффициентов сопротивления сетки маслоприемника в момент выравнивания подачи масла насосом и расхода через подшипники КШМ

(1 – ; 2 – ; 3 – ; 4 – ; 5 – ;

6 – ; 7 - )

Анализ зависимостей (рисунок 2) позволяет сделать вывод, что чем выше степень засорения сетки маслоприемника, тем на меньшей частоте вращения шестерен насоса произойдет выравнивание подачи масла насосом и расхода через элементы КШМ.

Для выбора диагностических параметров и режимов диагностирования для второго участка был проведен анализ сил, действующих на шейку вала, на различных скоростных и нагрузочных режимах, а также траектории ее перемещения под действием этих сил. Анализ показал, что относительное смещение шейки при работе цилиндра под нагрузкой и без нагрузки максимально на режиме холостого хода. Составим уравнение отношения расходов масла через коренной подшипник под нагрузкой и без нагрузки:

, (7)

где , - относительный эксцентриситет без нагрузки и под нагрузкой; , - давление масла на входе в подшипник без нагрузки и под нагрузкой, МПа; , - диаметральный зазор в подшипнике, м; - диаметр подшипника, м; - длина подшипника, м; - ширина канавки, м; - динамическая вязкость, .

Так как в выражении (7) = и прочие составляющие , , , равны между собой, то с учетом преобразования выражение можно записать в виде

. (8)

Отношение давлений без нагрузки и под нагрузкой в выражении (8) будет зависеть только от величин относительных эксцентриситетов (связи давления с другими факторами, такими, как производительность насоса, вязкость масла, температура масла и др., были устранены). Из анализа уравнения (8) можно сделать вывод, что наиболее чувствительным диагностическим параметром при определении технического состояния коренного подшипника является отношение давлений без нагрузки и под нагрузкой. Однако в практике диагностирования для упрощения анализа данных по полученной осциллограмме давления отношение амплитуд давлений при работе через цикл с нагрузкой и без нагрузки заменяем на разность нормированных амплитуд давлений при работе через цикл с нагрузкой и без нагрузки. При этом достаточно будет нормировать одну из амплитуд (амплитуду под нагрузкой), или по-другому, коэффициентом усиления сжать одну из амплитуд под шаблон, а вторую наложить на осциллоскопе на первую и по разности амплитуд давления определить техническое состояние диагностируемого элемента.

При выборе диагностических параметров и режимов диагностирования для третьего участка было принято условие, что подача масла насосом постоянна во времени и в ходе эксплуатации не меняется, а изменяются давление и величина пропускной способности через подшипники. Изменение давления и пропускной способности связано с действием динамических и статических давлений в каналах коренной и шатунной шеек.

Это действие вызывает изменение пропускной способности через коренной и шатунный подшипники, также характеризующееся динамическими и статическими пропускными способностями.

Можно выделить три закономерности изменения :

1) участок статического расхода масла через коренной и шатунный подшипник при частоте вращения коленчатого вала двигателя менее 1200 , который характеризуется условием

, (9)

где - статическая пропускная способность коренного подшипника, ; - статическая пропускная способность шатунного подшипника, ;

2) участок статического и динамического расхода масла при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 1200 до 1900 характеризуется условием

, (10)

где - общая динамическая пропускная способность шатунного канала, ;

, (11)

где - динамическая пропускная способность шатунной шейки, ; - динамическая пропускная способность на входе в канал коренной шейки, ;

3) участок статического и динамического расхода масла при частоте вращения коленчатого вала двигателя свыше 1900 характеризуется условием

. (12)

В результате расчета пропускной способности для трех условий было установлено, что динамическая пропускная способность через коренной и шатунный подшипники принимает весомые значения в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двига, что иллюстрируют зависимости на рисунках 3, 4.

Рисунок 3 - Зависимости динамической пропускной способности от частоты вращения коленчатого вала двигателя

Как видно из рисунка 3, динамическая пропускная способность шатунной шейки ( - для зазора в шатунной шейке 0,05 мм; - для зазора в шатунной шейке 0,10 мм) с ростом частоты вращения коленчатого вала двигателя возрастает. Динамическая пропускная способность на входе в канал коренной шейки , наоборот, с ростом частоты вращения коленчатого вала двигателя уменьшается. Точки их пересечения ( с при ) и ( с при ) образуют максимумы их суммарного действия. При подстановке значений динамической пропускной способности шатунной и коренной шеек в выражение (11) получена зависимость суммарной динамической пропускной способности , , от частоты вращения коленчатого вала двигателя n, (рисунок 4).

Рисунок 4 - Зависимость суммарной динамической пропускной

способности от частоты вращения коленчатого вала двигателя

При анализе данных видно, что чем больше прирост динамической пропускной способности через шатунную шейку , тем больше приращение (причем больше, чем ).

С учетом изменения динамических и статических пропускных способностей для трех условий определена зависимость суммарной пропускной способности , , от частоты вращения коленчатого вала двигателя n, (рисунок 5).

Подставив значения суммарной пропускной способности в выражение (6) для расчета давлений, мы получили зависимость давления в ЦММ , МПа, от частоты вращения коленчатого вала двигателя n, (рисунок 6).

Рисунок 5 - Зависимость суммарной пропускной способности

от частоты вращения коленчатого вала двигателя

Рисунок 6 - Зависимость давления в ЦММ от частоты вращения

коленчатого вала двигателя

Она показывает, что наиболее чувствительным диагностическим параметром при определении технического состояния шатунного подшипника является снижение линейности роста давления в центральной масляной магистрали. Диагностическим режимом является диапазон частот вращения коленчатого вала двигателя от 1200 до 1900 , при которых появляется снижение линейности роста давления.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» приведено описание общей и частных методик экспериментальных исследований. Общая методика предусматривает решение поставленных задач путем проведения лабораторных исследований и эксплуатационных испытаний.

Лабораторные исследования включали в себя, в частности, выбор и испытание метрологических характеристик различных датчиков давления и регистрирующей аппаратуры. В результате метрологических испытаний был выбран датчик давления Д06М-3(У2), который прошел статическую и динамическую тарировку (устройство для динамической тарировки датчиков давления защищено патентом на полезную модель № 000), и персональный компьютер с многоканальной приставкой KRP-4M. Для нагружения отдельных подшипников двигателя был разработан отключатель электромагнитных форсунок, позволяющий изменять нагрузку на подшипники от нулевого до максимального значения.

Объектом испытаний служили КШМ и система смазки двигателя ЗМЗ-4062 с приводным электродвигателем и коробкой передач.

Методом сравнения эталонных осциллограмм с осциллограммами при изношенных коренном и шатунном подшипниках были отобраны характерные точки осциллограммы давления, характеризующие износ подшипников КШМ (рисунок 7).

Рисунок 7 - Осциллограмма давления, снятая в ЦММ при работе

первого цилиндра (2, 3, 4-й цилиндры отключены, первый импульс форсунки из трех последовательно идущих исключен)

В сигнале давления были выделены следующие диагностические параметры: – максимальная амплитуда давления, МПа; – средняя величина давления, МПа; , , – минимальные амплитуды давления в момент такта сгорания, МПа; , – разность минимальных амплитуд давления двух соседних циклов, МПа.

Установлен чувствительный диагностический параметр, характеризующий техническое состояние коренного подшипника: разность минимальных амплитуд давления , двух соседних циклов в момент такта сгорания при работе диагностируемых подшипников через цикл, с нагрузкой и без нагрузки при полностью открытой дроссельной заслонке (корреляционное отношение составило 0,99), а также режим работы двигателя, соответствующий 880 частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Линейность роста минимальной амплитуды давления нарушается в пределах частоты вращения коленчатого вала двигателя от 1200 до 1900 (рисунок 8).

Рисунок 8 - Зависимость минимальной амплитуды давления

от частоты вращения коленчатого вала двигателя:

- для мм и мм; - для мм и мм

В процессе анализа участка нелинейности было установлено, что отклонение линейности роста минимальной амплитуды давления связано с техническим состоянием, как коренного, так и шатунного подшипника, при взаимном их влиянии. Корреляционная связь (корреляционное отношение 0,99) максимума приращения минимальной амплитуды давления с техническим состоянием коренного и шатунного подшипников высока.

Таким образом, наиболее чувствительным диагностическим параметром, характеризующим техническое состояние коренного и шатунного подшипника, является максимальное приращение минимальной амплитуды давления , МПа. А режим диагностирования в пределах частот вращения коленчатого вала двига.

Оценка достоверности результатов экспериментальных исследований проводилась путем сравнения результатов диагноза с данными, полученными при прямом контроле технического состояния подшипников КШМ и элементов системы смазки при разборке систем. Эксплуатационные испытания проводились на станции технического обслуживания «Интервал» и автоцентре «ЮРМА-сервис».

Аналитические расчеты, построение теоретических зависимостей, планирование эксперимента, обработка экспериментальных данных проводились на ЭВМ с использованием пакетов Excel, MathCAD в среде Windows XP.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены закономерности влияния: технического состояния маслоприемника на сигнал давления в ЦММ; изменения технического состояния коренных подшипников КШМ на сигнал давления в ЦММ; изменения технического состояния шатунных подшипников КШМ на сигнал давления в ЦММ, а также оценки совместного влияния зазора в коренной и шатунной шейках и частоты вращения коленчатого вала двигателя на изменение величины давления в ЦММ.

Экспериментально полученные зависимости (рисунок 9) иллюстрируют изменение величины давления в ЦММ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя при различном сопротивлении маслоприемника.

Предельным диагностическим параметром технического состояния маслоприемника является частота вращения коленчатого вала двигателя менее n=3000 мин-1, соответствующая предельному значению давления (предельным является среднее давление менее 85 % от давления срабатывания редукционного клапана).

Экспериментально получена зависимость разности минимальных амплитуд давления двух соседних циклов при работе первого цилиндра (2, 3, 4-й отключены) через цикл, с нагрузкой и без нагрузки от технического состояния первого коренного подшипника (величины зазора , мм) при частоте вращения коленчатого вала двигателя n=880 (рисунок 10).

Рисунок 9 - Изменение величины давления в ЦММ в зависимости

от частоты вращения коленчатого вала двигателя при различном

сопротивлении маслоприемника для двигателя ЗМЗ-4062:

1 – кран открыт на 75% (площадь сечения 0,00030 );

2 – 50% (0,00020 ); 3 – 25% (0,00010 ); 4 – 15% (0,00006 )

Рисунок 10 - Зависимость разности минимальных амплитуд

давления при мм и от величины зазора

в первом коренном подшипнике

Зависимость на рисунке 10 описывается полиномом

, (13)

где - разность минимальных амплитуд давления двух соседних циклов при работе первого цилиндра (2, 3, 4-й цилиндры отключены) через цикл, с нагрузкой и без нагрузки, МПа; - зазор в коренной шейке, мм.

Таким образом, измерив разность амплитуд давления двух соседних циклов при работе диагностируемого цилиндра через цикл, с нагрузкой и без нагрузки, по уравнению (13) можно определить действительный износ любого коренного подшипника.

Предельное значение разности минимальных амплитуд давлений под нагрузкой и без нагрузки для выбраковки коренного подшипника при частоте вращения коленчатого вала двигателя n=880 составляет 0,02 МПа.

В результате проведения эксперимента по трехфакторному статистическому комплексу с различными зазорами в коренной и шатунной шейках получена зависимость скоростного режима диагностирования шатунного подшипника n от зазора в первом коренном подшипнике ZК (рисунок 11).

Рисунок 11 - Зависимость скоростного режима

диагностирования n шатунного подшипника

от зазора в первом коренном подшипнике

Зависимость на рисунке 11 описывается уравнением прямой линии:

. (14)

Так как выражение (14) линейно для зазоров в коренной шейке мм, мм, мм, то можно принять допущение, что для зазоров в коренной шейке менее мм данное выражение также справедливо.

Полученное общее уравнение регрессии, связывающее максимальное приращение минимальной амплитуды давления с величиной зазора в коренной и шатунной шейке, имеет вид

, (15)

где - приращение минимальной амплитуды давления, МПа; - зазор в коренной шейке, мм; - зазор в шатунной шейке, мм.

Для использования уравнения регрессии (15) в процессе диагностирования подшипников КШМ оно было решено относительно . В результате было получено общее уравнение регрессии, связывающее величину зазора в шатунной шейке с максимальным приращением минимальной амплитуды давления и величиной зазора в коренной шейке:

. (16)

В пятой главе «Использование результатов исследований и их технико-экономическая оценка» представлены результаты эксплуатационных испытаний способа диагностирования подшипников КШМ и элементов системы смазки по параметрам давления в ЦММ двигателей внутреннего сгорания. Сравнение результатов диагностирования подшипников КШМ, полученных при их диагностировании разработанным способом непосредственно на автомобиле, с результатами прямого микрометрирования зазоров в коренных и шатунных подшипниках показало значительную сходимость результатов. Достоверная оценка технического состояния подшипников КШМ указанным способом и своевременная замена вкладышей позволяет избежать дорогостоящих ремонтов двигателя и сократить простои автомобиля при капитальном и текущем ремонте двигателя (на 15 и 17% соответственно), повысить коэффициент технической готовности мобильных машин. Использование разработанного способа позволяет получить более чем в пять раз больший объем информации о техническом состоянии подшипников КШМ и элементов системы смазки по сравнению со способом по среднему давлению, измеренному в центральной масляной магистрали.

Разработанная технология диагностирования позволила определить техническое состояние коренных и шатунных подшипников КШМ при поэлементном диагностировании Д-2 двигателя. Общее время процесса диагностирования составило 33,9 чел.-мин.

Расчеты показали высокую экономическую эффективность разработанного способа диагностирования подшипников КШМ: экономический эффект от внедрения одного диагностического средства составляет 8590 руб., срок окупаемости диагностического средства 0,41 год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате обзора научно-исследовательских работ установлено, что существующие способы диагностирования подшипников КШМ и элементов системы смазки не позволяют произвести оценку параметров износа отдельных подшипников КШМ и элементов системы смазки (обладают малой информационной емкостью, а также высокой трудоемкостью установки датчиков и аппаратуры и обязательной разборкой двигателя).

2. Установлено, что наиболее чувствительным и достоверным диагностическим параметром для определения технического состояния маслоприемника является частота вращения коленчатого вала двигателя, при которой величина среднего давления достигает своего максимального значения (менее величины давления срабатывания редукционного клапана насоса 0,56 МПа при n=3500 мин-1). Экспериментально установлено, что предельным диагностическим параметром для определения технического состояния маслоприемника является частота вращения коленчатого вала двигателя менее n=3000 мин-1, соответствующая предельному значению давления (предельным является среднее давление менее 85 % от давления срабатывания редукционного клапана).

3. Определено, что наиболее чувствительным и достоверным диагностическим параметром при определении зазора в коренном подшипнике является разность минимальных амплитуд давлений при работе подшипника через цикл, c нагрузкой и без нагрузки. Наиболее чувствительный скоростной режим диагностирования соответствует частоте вращения коленчатого вала двигателя n=880 мин-1. Экспериментально установлено, что предельное значение разности минимальных амплитуд давлений под нагрузкой и без нагрузки для выбраковки коренного подшипника составляет 0,02 МПа.

4. Установлено, что наиболее чувствительным и достоверным диагностическим параметром для определения зазора в шатунном подшипнике является снижение линейности роста давления в ЦММ, которое наблюдается в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигамин-1.

5. Получено уравнение регрессии, позволяющее определить зазор в шатунной шейке при известном зазоре в коренной шейке и измеренном значении максимального приращения минимальной амплитуды давления.

6. Разработаны способ диагностирования подшипников КШМ по параметрам давления в ЦММ, который защищен патентом РФ №2 и технология диагностирования.

7. Достоверность диагностирования технического состояния подшипников КШМ по параметрам давления в ЦММ составила 0,95.

8. Достоверная оценка технического состояния подшипников КШМ указанным способом и своевременная замена вкладышей позволяют свести до минимума простои автомобиля при капитальном и текущем ремонте двигателя (на 15 и 17% соответственно). В силу идентичности конструктивной схемы КШМ поршневых ДВС способ применим для тракторных и автомобильных двигателей мобильных машин сельскохозяйственного назначения.

9. Экономический эффект от внедрения одного диагностического средства составил 8590 руб., срок окупаемости диагностического средства 0,41 год.

Основные положения диссертации опубликованы

в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. , Куков системы смазки двигателя внутреннего сгорания // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2009, №1, с. 33-34.

Публикации в других изданиях:

1. , , Куков кривошипно-шатунного механизма и системы смазки двигателей внутреннего сгорания // Вестник ЧГАУ. Т. 46. Челябинск, 2005, с. 70-72.

2. , , Куков элементов системы смазки двигателей внутреннего сгорания // Вестник ЧГАУ. Т.48, Челябинск, 2006, с. 49-51.

3. , , Куков технического состояния кривошипно-шатунного механизма на параметры рабочих процессов подшипников скольжения ДВС // Вестник ЧГАУ. Т.50. Челябинск, 2007, с. 32-38.

4. Гриценко тарировки тензометрических датчиков давления // Вестник ЧГАУ. Т.53. Челябинск, 2008, с.25-30.

5. , , К выбору режимов диагностирования и диагностических параметров при определении технического состояния подшипников двигателя внутреннего сгорания по пульсациям давления в центральной масляной магистрали // Труды Всероссийского научно-исследовательского технологического института ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка ГОСНИТИ. Т. 101. М., 2008, с. 92-94.

6. , , Куков способов диагностирования кривошипно-шатунного механизма по пульсациям давления в центральной масляной магистрали ДВС // Материалы XLVII междунар. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству», посвященной 100-летию со дня рождения . Ч. 2. Челябинск: ЧГАУ, 2008, с. 6-12.

7. , Куков подшипников кривошипно-шатунного механизма по параметрам давления в центральной масляной магистрали // Материалы XLVIII междунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки – агропромышленному производству». Ч. 2. Челябинск: ЧГАУ, 2009, с. 9-15.

8. Пат. 71765 RU G 01 L 27/00 Устройство для динамической тарировки датчиков давления / , , . № /22. Заявл. 05.06.2007. Опубл. 20.03.2008. – Бюл. №8.

9. Пат. 2344400 RU G 01 M 15/09 Способ безразборной диагностики степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания / , , . № . Заявл. 10.04.07. Опубл. 20.01.09. - Бюл. №2.

10. , Куков для динамической тарировки датчиков давления // Информ. л. №. Челябинск: ЦНТИ, 2009.

11. , Куков безразборной диагностики степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания по параметрам давления в центральной масляной магистрали // Информ. л. № . Челябинск: ЦНТИ, 2009.

Подписано к печати 13.г.

Формат 64х84/16. Объем 1,0 уч.-изд. л. Тираж 100 экз.

Заказ №

УОП ЧГАУ

Мы в соцсетях:


Подпишитесь на рассылку:
Посмотрите по Вашей теме:

Методика расчёта термонапряжённого состояния корпусных деталей и поршней двигателя внутреннего сгорания
или автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук специальностей 01.02.06. – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры и 05.04.02. – Тепловые двигатели Нижегородского государственного технического университета

Подшипники

Давление в науке

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалоги
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьер

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказЭкономикаРегионы РоссииПрограммы регионов
История: СССРИстория РоссииРоссийская ИмперияВремя2016 год
Окружающий мир: Животные • (Домашние животные) • НасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШкола
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовМуниципалитетыМуниципальные районыМуниципальные образованияМуниципальные программыБюджетные организацииОтчетыПоложенияПостановленияРегламентыТермины(Научная терминология)

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства