УДК.[621.81+621.896](0.35)

Определение износа деталей ЦПГ двигателя

по содержанию металлов в масле

,

Омский государственный аграрный университет, г. Омск, Россия

Одной из актуальнейших проблем, стоящей перед инженерной службой агропромышленных предприятий, является проблема повышения надежности и долговечности двигателей внутреннего сгорания, работающих в предприятиях агропромышленного комплекса. Показатели надежности и долговечности, заложенные в двигателе при его проектировании и изготовлении, в значительной мере зависят от организации, технологии и качества выполнения работ по техническому обслуживанию в условиях эксплуатации.

На предприятиях агропромышленного комплекса, диагностирование, техническое обслуживание и ремонт сельскохозяйственной техники осуществляется в соответствии с принятой планово-предупредительной системой обслуживания. Эта система, доказавшая свою практическую ценность, имеет и недостатки, так как не дает оперативной информации о состоянии конкретного двигателя в период между текущими обслуживаниями, что лишает возможности своевременного влияния на сохранение показателей надежности и долговечности.

В настоящее время за рубежом (США, Франция, Япония и др.) внедряется система технического обслуживания по фактическому состоянию техники. Эта система предусматривает периодическую диагностику техники по параметрам работающего масла с целью получения необходимой информации о состоянии того или иного узла или механизма машины. В России метод внедрен на некоторых железных дорогах для диагностирования тепловозных двигателей. Эта система диагностирования позволяет своевременно выявлять возможные отказы и проводить профилактические работы по устранению неисправностей.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Вместе с тем использование метода для диагностирования двигателей сельскохозяйственных тракторов сдерживается из-за отсутствия необходимых научных исследований и рекомендаций по применению данного метода применительно к условиям работы тракторов в сельскохозяйственном производстве. Для широкого внедрения метода в производство необходимо дифференцировано установить количественные связи между износом отдельных узлов и механизмов двигателя и изменением физико-химических свойств масел.

Выделим элемент объема изнашиваемой детали в виде прямоугольного параллепипеда, как показано на рисунке. Размеры этого элемента х, у, z.

Предположим, что имеет место линейный износ в направлении оси х. Величина износа h. Объем материала детали, унесенного с поверхности трения, зависит от ее наработки и величины поверхности трения . Таким образом, объемный износ j детали будет равен

. (1)

Величина линейного износа hj =. (2)

Массовый износ j детали в этом случае будет равен

. (3)

В формуле (3) ρj –осредненная по изношенному объему плотность материала детали.

Допустим, что состав материала детали известен и содержит n химических элементов.

Целью данной работы является разработка математической модели изменения эксплуатационных свойств масел в зависимости от наработки двигателя и параметров, характеризующих износ двигателя и определение содержания компонентов износа в системе смазки.

Тогда содержание k-го элемента в износе j детали будет равно

, (4)

где j - массовая доля i-го элемента в j детали.

К математической модели износа

В процессе работы двигателя происходит износ l деталей, составляющих пары трения. В этом случае суммарную массу k-го элемента, поступающую в масло в единицу времени, можно определить по формуле

. (5)

Из формулы (5) следует, что суммарное содержание k-го элемента в продуктах износа зависит от массовой долиj k-го элемента в материале j детали, величины линейного износа hj и площади ху изношенной поверхности детали. Величина линейного износа функционально зависит от многих факторов, таких как высоты микронеровностей деталей[м] и [м], составляющих пару трения, вязкости [м2/с]и давления [Па] масла, наличия в масле присадок П [%] и механических примесей П1 [%], температуры поверхностей деталей Т1 [К]и Т2 [К], скорости относительного движения деталей u [м·с-1], твердости деталей сопряжения НВ1 [Па]и НВ2 [Па], нормальной нагрузки N [Н], площади трения [м2] и т. д.

Таким образом, в общем виде, функциональную зависимость линейного износа от параметров, определяющих износ, можно записать в следующем виде

. (6)

В формуле (6) определены параметры, имеющие решающее воздействие на износ пары трения. Трудность аналитического решения уравнения (6) состоит в том, что необходимо учитывать значительное количество взаимосвязанных процессов, которые в большинстве случаев описываются нелинейными дифференциальными уравнениями. Поэтому, определение функциональной зависимости (6) проводится экспериментальным методом с использованием методов теории подобия и размерностей.

Площадь поверхности износа определяется также эмпирическим путем.

Часть массы k-го элемента, поступающую в масло, задерживается фильтром, часть уносится с угоревшим маслом и часть остается в масле

, (7)

где - масса k-го элемента, задержанного фильтром; - масса k-го элемента в угоревшем масле; - масса k-го элемента оставшаяся в массе.

Таким образом, в системе смазки в единицу времени содержится масса k-го элемента, равная

= --. (8)

При диагностике по параметрам работающего масла важнейшим вопросом является достоверность оценки массы k-го элемента, находящейся в системе смазки и определяемой по формуле (8) и массы этого элемента в отобранной пробе. Отобранная проба должна с приемлемой точностью отражать содержание элемента в масле.

Масса элемента в отобранной пробе зависит от места и времени отбора пробы, режима движения масла, от объема пробы, распределения концентрации элемента по объему масла. Допустим, что объем пробоотборника равен V, а скорость поступления масла в емкость равна W. В этом случае время наполнения пробоотборника будет равно . Высокая степень достоверности содержания компонента в объеме масла по содержанию его в пробе может быть получена только в том случае, если известна концентрация его в объеме масла. Движение масла в главной масляной магистрали турбулентное и распределение в нем концентрации компонента можно описать полуэмпирическим уравнением турбулентной диффузии [1,2]

, (9)

где с - средняя концентрация компонента в потоке масла; - компонента осредненной скорости масла; - компоненты тензора коэффициентов турбулентной диффузии; - концентрация от источника поступления компонента; - время; - координаты.

С учетом (8) уравнение (9) примет вид

. (10)

После интегрирования уравнение (10) по некоторой замкнутой области V

(11)

При интегрировании уравнения (10) интегралы, содержащие производные по координатам, с помощью формулы Остроградского заменены интегралами по поверхности∑, ограничивающей объем интегрирования; - элемент поверхности ∑; cos(n,xi) – направляющие косинусы нормали n к поверхности ∑ по отношению i-й оси координат.

Интегралы по поверхности ∑, ограничивающей объем V, представляют суммарные потоки компонента через границу.

Уравнение (11) можно записать следующим образом

. (12)

В формуле (12) сделаны следующие замены

; .

Если представить в виде , где- коэффициент, характеризующий качество очистки в фильтрах, и сделать преобразования в уравнении (12), получим

, (13) где - сумма потоков ,, .

Решение уравнения (13) имеет следующий вид

, (14) где .

При постоянном =. В этом случае

. (15)

При постоянном износе и угаре можно принять постоянным. Допустим, что , тогда

. (16)

С учетом (15)-(16) уравнение (14) примет вид

. (17)

Изменение содержания компонента в масле будет определяться величиной . При определенных соотношениях β и α величина остается постоянной в течение всей наработки. Следовательно, при постоянной величине износа содержание компонента в масле остается постоянным в течение этой наработки.

Увеличение содержания компонента в масле может быть обусловлено только повышенным износом деталей.

Библиографический список

1.  Бай Ши-и. Теория струй. М.: Физматгиз, 1960.

2.  , Яглом гидромеханика. М.: Наука, 1965. Ч.Ч. 2.