Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ проблемы исследования 16
1.1 Безразборный контроль технического состояния самоходных машин АПК как отрасль инженерного знания 16
1.2 Планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта самоходных машин АПК 25
1.3 Ученые и разработчики - создатели научного направления, методов и средств диагностирования тракторов и автомобилей в нашей стране 27
1.4 Анализ методов испытаний и контроля составных частей машин АПК 33
1.5 Методы и средства углубленного контроля агрегатов самоходных машин АПК 53
1.6 Методы обеспечения автоматизации диагностирования машин в АПК 62
1.7 Методы и средства контроля химмотологических показателей смазочных масел 71
1.8 Анализ методов повышения ресурса агрегатов машин модификацией масел при их ТО 75
1.9 Методы углубленного контроля агрегатов машин, выявления и предупреждения повышенного изнашивании их сопряжений Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования 92
2 Теоретические основы исследовании. обоснование метода разновекторных испытаний колесных тракторов класса 0,6-5 тс и взаимозависимых расчетов скоростных и силовых параметров комплексных одноприводных реверсивных барабанных стендов ... 95
2.1 Общая методология стационарных испытаний колесных тракторов и контроля составных частей самоходных машин АПК 95
2.2 Расчет скоростных и силовых параметров комплексных одноприводных реверсивных барабанных стендов диагностических для колесных тракторов 100
2.3 Обоснование допускаемого снижения тяговой мощности колесных тракторов для нормирования их тяговых испытаний 107
2.4 Обоснование допускаемого значения тормозных сил тракторов 109
Выводы по главе 2 109
3 Мониторинг текущего расхода топлива автотракторных двигателей по переменному перепаду давления на сужающем устройстве многодиапазонными пьезометрическими приборами при докритических числах рейнольдса 110
Выводы по главе 3 119
4 Обоснование методов и технологии ресурсного диагностирования цилиндропоршневой группы автотракторных двигателей 120
4.1 Метод экспресс-оценки остаточного ресурса цилиндропоршневой группы автотракторных двигателей внутреннего сгорания 120
4.2 Метод контроля полного расхода картерных газов с учетом их утечек через неплотности изношенных автотракторных двигателей 122
4.3 Совершенствование технологий контроля цилиндропоршневой группы автотракторных двигателей внутреннего сгорания 123
4.4 Обоснование нормативов диагностических параметров для ресурсного диагностирования цилиндропоршневой группы авторакторных двигателей 124
Выводы по главе 4 127
5 Система автоматизированного программируемого цифрового контроля диагностических параметров узлов, систем и агрегатов машин по осциллограмм диагностических сигналов 128
5.1 Разработка предпосылок к автоматизации контроля диагностических параметров машин 128
5.2 Обоснование требований к электронному диагностическому комплексу для автоматизированного контроля диагностических параметров машин 131
5.3 Программное обеспечение для автоматизации контроля диагностических параметров машин 132
5.4 Измерительные преобразователи для автоматизированного машино- тестера КИ-13950-ГОСНИТИ 133
5.5 Разработка машинотестера для автоматизированного контроля диагностических параметров агрегатов машин в АПК 134
5.6 Результаты контроля диагностических параметров машин машино- тестером КИ-13950-ШСНИТИ 142
5.7 Результаты апробации автоматизированного контроля диагностических параметров машин машинотестером КИ-13950-ГОСНИТИ 145
5.8 Технологические рекомендации по автоматизированному контролю диагностических параметров машин в АПК 147
5.9 Управление техническим состоянием машин по результатам контроля их диагностических параметров 149
Выводы по главе 5 153
6 Комплексная технология химмотологического и спектрального анализа масел для углубленного диагностирования агрегатов машин апк и предотвращения их повышенного изнашиывания и аварий 154
6.1 Совершенствование химмотологического контроля смазочных масел... 154
6.2 Результаты геомодифицирования моторных масел 164
6.3 Рациональное применение всесезонных масел 179
6.4 Экспресс-контроль трибологических свойств смазочных масел 180
6.5 Оптимизация сроков службы моторных масел 182 6.6 Комплексная технология анализа масел 184
6.7 Реализация результатов углубленного контроля автотракторных двигателей для их ТО и ремонта 195
Выводы по главе 6 197
7 Реализация и технико-экономическая оценка результатов работы 202
7.1 Современное состояние парка машин АПК, организации его ТО, ремонта и соответствующие задачи инженерной службы АПК 202
Выводы по по разделу 7.1 210
7.2 Развитие автоматизированного диагностирования - бортовые системы и мониторинг состояния самоходных машин в АПК 211
Выводы по разделу 7.2 215
7.3 Ресурсосбережение при использовани диагностирования машин в АПК 216
7.4 Народнохозяйственное значение работы 218
Заключение 223
Список основных использованных источников 229
- Ученые и разработчики - создатели научного направления, методов и средств диагностирования тракторов и автомобилей в нашей стране
- Расчет скоростных и силовых параметров комплексных одноприводных реверсивных барабанных стендов диагностических для колесных тракторов
- Метод контроля полного расхода картерных газов с учетом их утечек через неплотности изношенных автотракторных двигателей
- Обоснование требований к электронному диагностическому комплексу для автоматизированного контроля диагностических параметров машин
Введение к работе
Актуальность темы. В техническом сервисе машин и оборудования АПК нужны наиболее эффективные методы, средства испытаний и контроля машин в механизации производственных процессов растениеводства и животноводства.
Эти методы и средства использует планово-предупредительная система (ППС) технического обслуживания (ТО) и ремонта путем диагностирования и управления техническим состоянием (ТС) машин. В ППС регламентный и заявочный контроль определяет содержание работ ТО и ремонта по фактическому состоянию машин, что и оптимизирует управление качеством их работы. Но это управление требует системы диагностирования, по которой, контролируя машины, разрабатывают рекомендации по управлению их ТС для качественной и экономичной работы до полного использования ресурса средств механизации.
Обслуживание и ремонт машин АПК по результатам диагностиирования позволяет повысить их безотказность на 25 – 40 %, экономичность на 10-15 %, межремонтный ресурс до 2-х раз, в 1,3-1,5 раза снизить затраты на устранение неисправностей, повысить производительность и безопасность движения, снизить потери урожая.
Поэтому научное обоснование методов испытаний колесных тракторов и контроля функциональных и ресурсных параметров (ПРМ) агрегатов машин, нормативов и технологий контроля, его автоматизация, дистанционный мониторинг являются актуальными научно-техническими задачами. Современные же условия значительно изношенных средств механизации требуют также мер для предотвращения повышенного их изнашивания и аварий, контроля по показателям смазок, применения экспресс-методов для повышения надежности и качества работы машин.
Работа выполнена в соответствии с «Концепцией развития аграрной науки и научного обеспечения АПК Российской Федерации на период до 2025 года», «Стратегией машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года», НИР и ОКТР ФГБНУ ГОСНИТИ.
Цель исследования: научное обоснование методов испытаний, контроля и управления техническим состоянием самоходных машин в АПК для повышения эффективности их использования.
Объект исследования: узлы, системы, агрегаты и смазочные масла колесных тракторов, комбайнов и дизельных грузовых автомобилей в АПК.
Предмет исследования: методы испытаний тракторов, контроля узлов, систем машин и их масел, система диагностических параметров, методы выявления и предотвращения неисправностей и аварий машин для повышения их надежности.
Методология исследований: решение задач исследований реализовано комплексом методов, включающим теоретические, стендовые, специальные физико-химические исследования, эксплуатационные испытания разрабатываемых средств и технологий контроля составных частей самоходных машин в АПК и их масел.
Научная новизна исследований заключается в разработке:
1. Методов стендовых испытаний колесных тракторов и контроля составных частей самоходных машин АПК по оптимальной последовательности исследований, стендовых и эксплуатационных испытаний, соблюдении современных требований к достоверности, оперативности, полноте и глубине разработки технологий и удобству их применения с учетом условий инженерных служб АПК (рисунок 1).
-
Метода взаимозависимого обоснования режимов и нормативов разновектор-ных испытаний колесных тракторов и параметров комплексных одноприводных реверсивных барабанных стендов (формулы 1-8), обеспечивающего совместимость и безопасность контроля нормативных тягово-экономических (формулы 2-4, 9-11, 14) и тормозных (формула 7) качеств колесных тракторов. Стенд КИ-8948 аттестован (Свид. № 605015943) по высшей категории качества, отражен в ГОСТ 26899.
-
Метода мониторинга текущего расхода дизельного топлива и бензина автотракторных двигателей многодиапазонными переменного перепада давления пьезометрическими приборами (а.с. № 1654660) на нестандартных диафрагмах в докрити-ческих числах Рейнольдса, аттестованных по высшей категории качества (Свид. № 105017385), внесенных в Госреестр средств измерений (№ 10730), а также нормативов массового, объемного и удельного расхода топлива (формулы 12-13) 34 марок автотракторных дизелей для экспресс-оценки их топливно-энергетических показателей.
-
Экспресс-метода и формулы расчета остаточного ресурса цилиндропоршне-вой группы ДВС по корреляционной связи вакуума и компрессии в цилиндрах (формула 17, пат. № 2479830, № 2479831) и метода выявления дефектов в них.
Технологии контроля цилиндропоршневой группы двигателей приборами постоянного перепада давления на расходомерной щели (а.с. № 1589090, 1763928), нормативов расхода картерных газов, обоснованных по их зависимости от эффективной мощности дизелей (коэффициент корреляции 0,9738) и по положениям теории управления надежностью с.-х. машин, а также нормативов компрессии в цилиндрах.
Метода контроля полного расхода картерных газов с учетом их утечек из неплотностей изношенных двигателей (пат. № 2266524) с формулой полного расхода газов по двум измерениям при разных перепадах давления в приборе (формулы 19).
-
Системы автоматизированного программируемого цифрового контроля диагностических параметров тракторов, автомобилей, комбайнов по осциллограммам давления, разрежения, расхода, углового ускорения, вибросигналов в развертке по времени, углу и частоте вращения коленвала с оптимальными значениями амплитудных, фазовых, временных и динамических величин до 63-х ПРМ с 24 новыми.
-
Системного экспресс-метода и мат.-модели оценки рабочих свойств моторных масел при их естественном старении, обводнении, перегреве (формула 20).
Технологии экспресс-определения щелочного числа масел для инженерных служб АПК при двух сменах цвета индикаторов в титруемом растворе масла.
7. Метода выявления причин и предотвращения повышенного изнашивания и
аварий агрегатов машин совмещенной технологией контроля спектральных и хим-
мотологических параметров масел с анализом трендов показателей работы машин, с
рекомендациями в системной профилактике упреждающими воздействиями и
модификацией масел трибосоставами и подачей в них напряжения постоянного тока.
Математической модели динамики концентрации металлов в маслах с учетом постепенной естественной (снижение щелочного числа, вязкости, антикоррозионнос-ти) и быстрой потере их рабочих свойств от внешних воздействий (обводнение, загрязнение, разжижение топливом: формула 21).
8. Системы диагностических параметров и их нормативов, характеризующих надежность и функционирование тракторов для их дистанционного мониторинга.
Практическая ценность работы заключается в разработке по общей методологии и внедрении:
- 1358 стендов диагностических для колесных тракторов.
Стенды внедрены в типовые проекты СТОТ 816-213, 816-179, 816-209, 816-211; - 5300 расходомеров топлива ДВС для СТОТ, СТОА и других служб;
- 30400 ед. индикаторов контроля ресурсных параметров ЦПГ ДВС, введенных в
диагностические комплекты ГОСНИТИ и получивших высокую оценку диагностов;
- 26 автоматизированных машинотестеров для тракторов, автомобилей,
комбайнов, внедренных в АПК, на автомобильном и на ж.-д. транспорте;
- системы изданных технологий и нормативов выходных, функциональных и
ресурсных параметров тракторов, комбайнов, автомобилей, контролируемых
стендами, автоматизированным машинотестером и переносными средствами.
Реализация результатов работы: Результаты исследований использованы на предприятиях: АПК РФ, Эстонии, Белоруссии; при преподавании в агровузах дисциплин «Эксплуатация МТП», «Ремонт и надежность машин» и др. Технологии автоматизированного контроля машин внедрены на 18 предприятиях АПК, на 6 ж.-д. и автомобильных транспортных предприятиях РФ, НПО КамАЗ, АТП СП «Эрдэнэт».
Апробация работы. Результаты работы одобрены на Всесоюзных (1983-1988 гг.) и на Межд. н.-т. конф. (2004, 2012, 2014 гг.) ГОСНИТИ, в МГАУ (2012 г.), ИМАШ РАН (2010, 2012, 2014 гг.), МГГУ (2003, 2008-2012 гг.), НПИ (2011 г.), на конф. «Нанотехнологии-производству» (2009-2011 гг.), в ВИЭСХ (2010, 2013 гг.), БГАУ (2012-2015 гг.), ВИМ (2013-2015 гг.), ВНИИТиН (2013 г.), Орел-ГАУ (2014 г.), 7-й Межд. конф. по материаловедению и физике (г. Кишинев, 2014 г.), расширенном заседании кафедры «Технологии и машины в растениеводстве» РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (2014 г.).
Стенды диагностические с расходомерами топлива демонстрировались на Всесоюзном совещании по ТО и ремонту тракторов в Винницкой обл., на 4-х специализированных выставках ВДНХ, где автор награжден золотой медалью, а также на Международной выставке «Земля-кормилица» в Праге.
На выставках «Ремдеталь-88», «ИР-88» машинотестер КИ-13950-ГОСНИТИ награжден золотой, 4-мя серебряными (одна автора) и 3-мя бронзовыми медалями. Разработки автора экспонировались на ВДНХ, ВВЦ (1975-1997 г.), на Всероссийских семинарах АПК в Ижевске (1992 г.), Казани (1995 г.) и удостоены 4-х серебряных и 2-х бронзовых медалей. За комплекс разработок автор удостоен дипломом Лауреата Премии СМ СССР и звания «Изобретатель СССР».
Публикации. Результаты исследований отражены в 151 научных публикациях, из них 56 статья в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, в 11 а.с. и 8 патентах РФ, в 3-х ГОСТ, в МУ 10.16.0001.001, в двух ОСТ, в СТО ГОСНИТИ, в 20 технологических рекомендациях, в 7-ми монографиях; 6 статей опубликованы за рубежом.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 228 с машинописного текста, включает введение, 7 глав, заключение, содержит 121 рисунка, 28 таблиц. Список литературы состоит из 438 наименований, введены 25 приложений.
Ученые и разработчики - создатели научного направления, методов и средств диагностирования тракторов и автомобилей в нашей стране
Безразборный контроль технического состояния самоходных машин АПК, как часть системы контроля и управления качеством работы машин и оборудования, в общенаучном определении - это процесс распознования состояния исследуемого объекта. Определение состояния и прогнозирование естественной его динамики, в т.ч. с учетом планируемых воздействий, являются неотъемлемыми атрибутами процессов управления любыми объектами и системами. Это относится к контролю машин и оборудования вообще, а также средств механизации производственных процессов АПК в растениеводстве и животноводстве в частности [15, 35-37, 39, 40, 44, 48, 49, 62, 64, 65, 71-73, 78, 80, 107, 140, 143, 150, 175, 176, 186, 188, 197, 204-206, 226, 237, 243, 252, 278, 299, 306].
Здесь используется техническая диагностика - наука о методах определения технического состояния узлов, систем, агрегатов, например, тракторов, комбайнов и автомобилей, используемых в АПК, о выявлении места и причин неисправностей, а также о методах обоснования мероприятий технического сервиса по улучшению технического состояния машин с целью наиболее полного, наиболее экономичного и наиболее безопасного использования их эксплуатационного ресурса.
Диагностирование основывается на всестороннем и систематическом контроле измеряемых параметров и качественных (органолептических) признаков технического состояния объектов, а также технико-экономических показателей их эксплуатации. По этим данным проводится анализ соответствия выявленных значений параметров их нормативам для соответствующих условий эксплуатации, взаимосвязей и совместного вляния параметров составных частей объекта на его функциональные и ресурсные характеристики. Результатом контроля являются рекомендации по оптимизации видов, объемов и сроков ТО, ремонта для обеспечения оптимальных величин надежности и ресурса машин.
Измеряемые параметры технического состояния агрегатов тракторов и автомобилей (ПРМ) делят на структурные и диагностические [188]. Структурные ПРМ - непосредственно обусловливают техническое состояние, надежность, работоспособность и ресурс машин и оборудования. Здесь размеры, износы и показатели геометрии деталей, их взаимного расположения в узлах (износ шин, звездочек, опорных и поддерживающих катков, направляющих колес, удлинение ремней и цепей, осевые и радиальные зазоры подшипников, толщина тормозных накладок и т.н., зазоры и натяги в сопряжениях), физико- механические свойства поверхностей и деталей в целом, а также выходные и функциональные характеристики агрегатов и машин в целом [188].
Структурные ПРМ позволяют непосредственно, путем прямых измерений геометрии и взаимного смещения деталей, в основном на неработающих узлах и агрегатах, определять показатели ресурса отдельных деталей и их регулируемых и не регулируемых сопряжений.
Структурные параметры делят на ресурсные, динамика в эксплуатации которых обусловливает надежность, работоспособность, экономичность, экологичность и эксплуатационный ресурс агрегатов и машин в целом, а также на функциональные, в т.ч. выходные. К ресурсным ПРМ относят, например, давление масел и рабочих жидкостей, зазоры в сопряжениях поршень - кольца, поршень - гильза цилиндра, шейки коленчатого вала - его подшипники, игла - корпус распылителя форсунки, радиальные зазоры в подшипниках, износ фрикционных деталей, зубьев шестерен, шлицев валов и т.п.
Если структурный (ресурсный, функциональный) параметр определяется непосредственно, то он одновременно является и диагностическим.
Функциональные ПРМ - параметры, превышение которыми предельного значения обусловливает утрату работоспособности или исправности составных частей машин. Их восстанавливают при техническом обслуживании и/или ремонте. Функциональными ПРМ могут являться выходные рабочие характеристики составных частей и машин в целом, интегрально характеризующие взаимосвязанную совокупность структурных параметров. К таким ПРМ относят эффективную мощность ДВС, их удельный расход топлива, минимально-устойчивую частоту вращения коленчатого вала, моменты топливоподачи, моменты открытия клапанов газораспределения, подачу масляных и гидравлических насосов, давление открытия клапанов масло- и гидросистем, скорости движения, тяговую мощность трактора, его тормозные качества, давление в шинах, напряжение в агрегатах электрооборудования, показатели функционирования приборов световой и звуковой сигнализации, дымность отработавших газов (ОГ). Для достоверного определения технического состояния агрегатов и систем тракторов и автомобилей, оценки выходных (интегральных), функциональных и ресурсных (дифференциальных) параметров механических узлов, гидравлических и электрических аппаратов, выполняющих функции машины-двигателя, передаточно го механизма, исполнительного органа, используется, в основном, система диаг ностических параметров, в основном косвенно контролирующих структурные па раметры и техническое состояние узлов, систем и агрегатов машин. В их числе [188]: - механические (сила, крутящий момент, давление), - кинематические (скорость, частота вращения, частота повторения явлений, их амплитуда, моменты времени или фазы наступления процессов, временная или фазовая длительность процессов), - термодинамические (температура, ее динамика и дифференциация по поверхности деталей, объемам и потокам жидкостей и газов), - гидродинамические (подача, расход, гидравлическое сопротивление, давление и перепад давления жидкостей и газов), - физико-химические (показатели содержания химических веществ в ОГ и в смазочных материалах, химэлементов в смазочных маслах и в топливе, функцио нальные показатели топливо-смазочных материалов), - триботехнические (момент механических потерь, показатели нагрузочно скоростных режимов, интенсивности трения и изнашивания). Наиболее распространеными диагностическими ПРМ агрегатов тракторов, комбайнов, автомобилей являются давление жидкостей, степень герметичности агрегатов, расход газов, топлива и масла, частота вращения, показатели вибро ударных процессов, линейные и угловые смещения, температура, а также мощность или угловое ускорение коленчатого вала, напряжение на приборах электро
Расчет скоростных и силовых параметров комплексных одноприводных реверсивных барабанных стендов диагностических для колесных тракторов
Инициированием процессов карбо низации, пиролиза и трибополимериза ции, образованием DLC-films кроме серпентинов обладают и другие слоистые гидросиликаты, имеющие гидрофильность и способность связывать углерод, водород и их соединения из воздуха (СОг), растворов, масел и смазок [130]. Поэтому правильно подобранные для условий работы конкретных трибопар даже разные по составу ГМТ могут быть эффективными. Эти минералы имеют структуру, где атомы в параллельных плоскостях имеют сильные ковалентные связи, а между ними связи слабее, поэтому силы для сдвига слоев частиц трибосостава, меньше сил связи с металлами деталей. Высокая спайность плоскостей частиц ГМТ способствует плотному их соприкосновению и прочной связи с поверхностью металла за счет сил межкристаллитного взаимодействия. металлов, кремния, но в большей мере углерод, что соответствует трибополимеризации алмазоподобной углеродной пленки (DLC-films) [130].
Все же при правдоподобности изложенных представлений онине отвечают природе образования DLC-films, когда поверхности трения уже разделены, как-бы алмазоподобными углеродными, пленками. По видимому, важными здесь являются процессы между самими этими пленками - трибоплазма и не исследованные иные.
Проанализировав [130, 339] 25-летние, порой противоречивые, протоколы испытаний, эксплуатационного внедрения и лабораторных исследований ГМТ известных их пионеров и последователей (Механобр, Руспромремонт, ВМА им. Н.Г. Кузнецова, РГУ нефти и газа им И.М. Губкина, СУПРОТЕК, Энион-Балтика, ВО- ЕНМЕХ, МИИТ и др.), мы даем такую последовательность действия ГМТ в ДВС: - раскоксовывание сопряжений кольцо-поршень, мягкая «терка» поверхностей, удаление наслоений, окисных пленок, разрушенных кристаллов, раскрытие юве- нильной, каталитически активной поверхности металлов; разрушение частиц минералов, их физико-химические преобразования; катализ углеродных структур с участием водорода и углерода, их адгезия к поверхностям трения, заполнение микроуглублений - образование аморфной, но твердой, без металлов и насыщенной до 90 % углеродом, долговечной (до 850 тыс. км пробега) антиизносной (лакообразной по ж. Вестник Машиностроения) пленки, толщиной при одной обработке 2-10 мкм, при нескольких 20-40 мкм и даже до 120 мкм, прозрачной в тонком слое, легко снимаемой в начале образования, от светло-серебристого до светло-золотистого и сиреневого цвета; сопротивление пленки 10...300 Ом/см и повышает сопротивление между поверхностями трения с 10 до сотен кОм; пленка постепенно разрушается даже от однократного действия электричеством; олеофильность пленки позволяет моторам пробег без масла в щадящем режиме до 200 км, что невозможно без ГМТ-обработки; таким образом происходит частичное восстановление изношенных поверхностей, уменьшение их изнашивания и значительное увеличение ресурса узлов трения; - дальнейшая трибополимеризация компонентов трибосреды под влиянием трибоплазмы и иныых физико-химических процессов. Для РВС-обработки ДВС геомодификаторами характерны еледущие явления: - через 5-15 мин от ввода ГМТ в масло ДВС из его выпускной трубы до получаса идет выделение серого дыма и пара, капель и брызг воды до 1,5 л; незначительное водовыделение может продолжаться далее несколько дней; - после трибообработки и раскоксовывания ЦПГ компрессия может увеличиться или уменьшиться, но после наращивания покрытия, закрытия царапин на гильзах, компрессия увеличивается; в начале обработки расход топлива и температура ДВС растут, а в конце становятся меньше исходных [339]; - в противовес всем трибосоставам, образованные ГМТ-покрытия по объему намного больше внесенного минерала; в масла требуется 0,01-0,05 % ГМТ, а всех других добавок 5-10 %, но при ГМТ-обработке может израсходоваться до 1 л масла; - пленкообразование на деталях ДВС продолжается и после смены масла; в поработавших маслах ГМТ работают быстрее, а добавка сажи еще ускоряет покрытие; - очистка поверхностей трения вызывает засорение маслофильтров, падение давления масла в ДВС, но после смены маслофильтров давление прибавляется к исходному более чем на 1 атм., что резко повышает ресурс КШМ; - установлена «оптимальная точка» ГМТ-обработки, после которой в стендовых условиях РВС-процесс идет вспять; независимо от этого в эксплуатации найдена целесообразность коротких и длительных перерывов в ГМТ-обработке.
Исходя из анализа описанных явлений нами предположено [130], что механизмами ГМТ-процесса являются: мягкое абразивное действие минералов, обнажение ювенильной каталитически активной поверхности металлов, трибополимери- зация компонентов смазки и/или sp -гибридизациия углерода в условиях должных температур, давлений и возможной трибоплазмы в контакте. Трибополимеризация на поверхностях трения, открытая в 60-х гг. Заславским Ю.С. и Заславским Р.Н. и подтвержденная в 70-х гг. за рубежом - явление универсальное и доказано по составу ГМТ-покрытия исследованиями в химическом центре Хельсинки, университетах Франции, Китая, а также Пичугиным В.Ф. в РГУ им. И.М. Губкина.
Аналогичны механизмы работы ГМТ в агрегатах шасси машин и, как мы предполагаем, близки к ним трибопроцессы наноалмазных составов. Апробированные режимы использования ГМТ освещены нами в [130, 133]. В итоге трибообработка ДВС и агрегатов шасси в 1,5 - 2 раза повышает их межремонтный ресурс, на 5-15 % мощность и экономичность машин, уменьшает расход ТСМ и выбросы вредных веществ с ОГ. Все это надежно утверждает новое направление в триботехнике. Таким образом модификация масел введением в них, например ГМТ, частично восстанавливает и упрочняет изношенные поверхности трения, уменьшает изнашивание, защищает от коррозии, исключает водородный износ [130, 133], что приближает реализацию «эффекта безызносности» на научной объективной, широко практически подтвержденной с 1987 г. основе. В связи с изложенным для использования возможностей управления техниче ским состоянием машин методами модификации их масел мы поставили задачу провести их триботехнические лабораторные и эксплуатационные испытания, а также создать новый ремонтно-восстановительный и профилактический составы. 1.8.4 Метод повышения рабочих свойств масел электрическим воздействием Совершенствование рабочих свойств моторных и других масел актуально. Для этого имеется арсенал простых средств для воздействия на углеводороды с целью их модификации и улучшения трибологических свойств [92, 182]. Это электростати ческие, электромагнитные воздействия на их углеводороды, на молекулы присадок к ним, а также приемы, вызывающие механо-химические процессы в углеводородах, повышающие триботехнические свойства масел [92, 182]. Полагают [92, 182 ], что при подаче в масло электрического заряда происходит структурная ориентация трибосреды, увеличивается адгезия смазки, толщина и прочность ее пленки, что снижает трение и интенсивность изнашивания. Но при этом можно как катализировать, так и ингибировать смазочное действие. Электрическая модификация масел проста, например, через масломерный щуп 5" (рисунок 1.16), испытана на различных маслах, но в основном моторных автотранспорта.
В безопасна для техники и здоровья человека. При этом нет каких-либо ограничений, не требуется разрешений или специального персонала. При использовании электрической модификации основная проблема - выбор параметров напряжения и места воздействия на масла. Эксплуатационные показатели электрической модификации моторных масел по данным стендовых испытаний бензиновых и дизельных ДВС, эксплуатационных испытаний автомобилей [182] таковы:
1. Снижение расхода топлива автомобилей на 5-7 % (до 12 %), повышение эффективного КПД ДВС на 4,6 %, эффективной мощности - не менее чем на 1%, механические потери снижаются на 5,5 %, а температура ОГ на 6-10 С.
2. Повышение экологичности автотранспорта за счет снижения СО и СН в ОГ на 19 %, а выход NOx увеличивается лишь на 6-9 %.
3. Повышение износостойкости узлов трения на 25-30% с соответствующим увеличением ресурса машин и оборудования.
4. Подключение ЭРТ не требует изменений конструкции или режимов эксплуатации машин и оборудования; при малых размерах и минимальном энергопотреблении (1 Вт) источник напряжения адаптируется к любым агрегатам.
Преимущество электрической модификации масел перед другими методами: постоянство действия, независимость от углеводородного смазочного материала, вида сопряжения, нагрузочно-скоростных режимов работы узлов трения. Наибольшая эффективность такой модификации масел проявляется через несколько ч. После отключения напряжения параметры ДВС снижаются до исходных.
На 2015 г. в РФ более 400 отечественных и импортных машин работают с такой модификацией моторных масел. Владельцы всех этих машин отмечали повышение «приемистости» автомобиля. За 3 года испытаний не было ни одного случая отрицательных случаев электрической модификацией моторных масел.
Метод контроля полного расхода картерных газов с учетом их утечек через неплотности изношенных автотракторных двигателей
Метод апробирован на стендах КИ-8927-ГОСНИТИ с тракторами Т-150К, загружаемыми минуту тормозами колес заднего моста при расходе топлива 30 кг/ч.
В целом к диагностическим стендам и как товарной продукции изготовлено 5300 шт. расходомеров: дизтоплива - 3265 шт., бензина- 635 шт. При ГПИ оба расходомера впервые были аттестованы по высшей категории качества (Свидетельство № 105017385) и внесены в Госреестр средств измерений за № 10730-86.
Разработаны 5 модификаций расходомеров, две из которых (КИ-8982- ГОСНИТИ и КИ-8982.01 -ГОСНИТИ) при государственных приемочных испытаниях также были аттестованы по высшей категории качества и было рекомендовано внести их в Госреестр средств измерений.
При разработке переносного расходомера КИ-8955-ГОСНИТИ для реализации бестормозного метода контроля топливно-энергетических показателей автортактор- ных дизелей по методу к.т.н. Вельских В.И. (а. с. № 521480), отраженному в МУ 10.16.0001.0001 нами было обращено внимание на следующее. Имеется противоречие между методами регулировки дизельной топливной аппаратуры в объемных величинах расхода (мл/цикл, т.к. регулировка подачи топлива топливным насосом высокого давления осуществляется изменением только размеров сопряжений его деталей) и нормативами расхода топлива при испытании тракторов по ГОСТ 18509 в единицах массы топлива, т.к. энергия сгорания топлива пропорциональна его массе, что отражено и в соответствующей формуле Менделеева Д.И.
В то же время для экспресс-метода Вельских В.И. не важно, в каких единицах определяется значение расхода топлива. Поэтому нами обращено внимание на формулу (3.2) объемного расхода топлива
Использование объемного контроля расхода топлива исключает влияние на точность показаний приборов вариации температуры и плотности разных сортов дизельного топлива. Отсюда имелась также возможность создания универсального прибора для контроля расхода как дизельного топлива, так и бензина.
В МУ 10.16.0001.001-88 «Дизели тракторные, комбайновые и автомобильные. Методы бестормозного контроля мощности и топливной экономичности в условиях эксплуатации» с использованием наших переносных расходомеров приведены, рассчитанные нами, номинальные и допускаемые массовые, объемные и удельные значения расхода топлива для 34 марок дизелей [164].
Порядок применения расходомеров приведен в изданиях наших технологий диагностирования с.-х. тракторов [88, 214 и др.].
Разработанный и реализованный мониторинг расхода топлива ДВС по переменному перепаду давления на сужающем устройстве в нестандартных условиях, аттестованными по высшей категории качества (Свид. № 105017385) и внесенными в Госреестр средств измерений за № 10730 расходомерами КИ-8940- ГОСНИТИ (а.с. № 1654660) и КИ-8943-ГОСНИТИ в количестве 5300 шт., оправдал себя полностью.
Расходомеры КИ-8940-ГОСНИТИ самые простые и самые дешевые с производством на обычном машиностроительном заводе для современной практики ТО МТП могут быть востребованы. Для бестормозного экспресс-метода контроля топливно-энергетических показателей по МУ 10.16.0001.001 разработаны нормативы массового, объемного и удельного расхода топлива для 34 марок автотракторных дизелей. Но эти нормативы для новых дизелей требуют обоснования с верхним до пуском +5 % от номинала.
Метод экспресс-оценки остаточного ресурса цилиндропоршневой группы автотракторных двигателей внутреннего сгорания Для предприятий по обслуживанию и ремонту ДВС требуется оперативное определение остаточного ресурса (Тост) цилиндропоршневой группы (ЦПГ) ДВС. В связи с этим, проанализировав данные проф. Чечета В.А. по вакуумному диагности рованию (105 значений Р„ полного, 110 - остаточного Р0 вакуумов с соответствую щими значениями компрессии Рк бензиновых ДВС и дизелей), мы установили практически линейную корреляционную взаимосвязь обоих показателей вакуума с компрессией (коэффициенты корреляции 0,9811 и 0,9972). Из этого был разработан экспресс-метод и математическую модель оценки Тост ЦПГ автотракторных ДВС (патенты РФ № 2479830/31), метод выявления их аварийных дефектов и оценки целесообразности «безразборного ремонта» ДВС трибосоставами (рисунок 4.1). нижняя - по полному. Начальная часть кривой (от зоны номинальных значений параметров, точка О) до точки конкретного технического состояния (точка А или Б) определяет отношение израсходованного ресурса к полному. Долю остаточного ресурса цилиндров определяют отношением длины кривой от точки результатов их контроля (точка А или Б) до зоны предельного состояния ЦПГ (точка С) к общей длине кривой ОС. Математическая модель метода экспресс-оценки остаточного ресурса ЦПГ ДВС: Т0СТ = TKOHTP(LAC/LOA), (4.1) где LAC - длина линии от точки А момента диагностирования до точки С предельного состояния ЦПГ, а Ь0А - то же, от точки О номинального состояния до точки А или Б контроля.
Метод апробирован, например, на ДВС BA3-21013 с пробегом 88500 км и угаром масла 0,85 л/1000 км, которому дважды вводили в цилиндры и картерное масло трибосостав, что на рисунке 4.1 отразилось смещением контрольных точек 1- 4 к точкам Г-4 после «ремонта». При первом диагностировании Тост 1-го цилиндра был наименьшим (точка А) - 27%. После двух «ремонтов» по результатам третьего контроля наименьшим стал Тост 3-го цилиндра (точка Б), но уже 49% и 86,4 тыс. км (до обработки 28 %). Наибольшим стал Тост 1-го цилиндра (55%, точка А ). После «ремонтов» угар масла стал незаметным и к пробегу 126 тыс. км работа ДВС не ухудшилась. Аналогичен график определения Тост ЦПГ автотракторных дизелей (рисунок 4.26, патенты РФ № 2479830, 2479831).
На рисунке 4.2 приведены стилизованные зависимости остаточного вакуума 2 /2 (кгс/см ) от компрессии (кгс/см ) для автоматизированных расчетов Тост Анализом статистических данных к графикам рисунков 4.1 и 4.2 выявлено, что если точки результатов контроля не укладываются на линии графиков, то ЦПГ аварийна, и чем больше точка контроля удалена от линии естественного изнашивания, тем значительней дефект. При противоречивых положениях точек контроля на обеих линиях графика вероятна ошибка измерений, что требует их
Обоснование требований к электронному диагностическому комплексу для автоматизированного контроля диагностических параметров машин
Цель ППС технического обслуживания и ремонта МТП - наиболее полное использование ресурса агрегатов машин при оптимальной производительности, безотказности, безопасности движения, топливной экономичности, экологичнос- ти машин и наименьших затратах на устранение их отказов и неисправностей. И в этом, как показал 50-летний опыт в нашей стране и за рубежом, диагностирование является важнейшим приемом улучшения использования машин.
Диагностирование, как прием оптимизации ППС технической эксплуатации машин способствует и сбережению материальных и трудовых затрат.
Основные компоненты ресурсосбережения, обеспечиваемые диагностированием машин [237, 307, 308] и подтвержденные нами [129, 140], таковы: - во-первых, по результатам диагностирования обслуживанием и ремонтом сокращают аварии и отказы агрегатов машин (50-63 % общего экономического эффекта), предотвращается их ускоренное изнашивание, что резко уменьшает совокупные материальные и трудовые затраты, простои машин в полевых работах [252]. Повышается производительность машин, сокращаются сроки уборочных работ и потери урожая; - во вторых, назначение ремонта по результатам ресурсного диагностирования сокращает неоправданные ремонты, расход запасных частей и трудовые затраты, позволяет более полно использовать ресурс машин (12-20 % общего экономического эффекта [252]); в третьих, назначение и качественное выполнение фактически необходимых регулировочных работ сокращает трудовые затраты при ТО (17- 37 % общего экономического эффекта [252]); - в четвертых, контроль топливной экономичности дизелей и проведение требуемого ТО топливной аппаратуры позволяет на 10-15 % снизить расход дизельного топлива; - в пятых, контроль дымностн ОГ и обслуживание по его результатам топливной аппаратуры и системы впуска воздуха дизелей снижает выбросы вредных веществ, уменьшает негативное влияние на с.-х. культуры, повышает их урожайность и качество.
Химмотологический и спектральный контроль моторных масел позволяет назначать его смену по фактической работоспособности, что до 1,5 раза снижает расход масел [129, 140]. Но в главном такие работы обеспечивают углубленное диагностирование агрегатов машин, заблаговременное выявление причин их ускоренного изнашивания, позволяют точнее назначать конкретные работы по устранению неисправностей агрегатов, предотвращению аварий и уменьшению изнашивания, повышению их ресурса и уменьшению эксплуатационных затрат.
Контроль агрегатов и узлов рулевого управления, тормозов, шин, приборов освещения и сигнализации, датчиков, указателей контрольных приборов, электрооборудования, гидропривода навесного механизма повышает безопасность движения тракторов, комбайнов и других машин, уменьшает вероятность ДТП, сопряженных не только с материальными и трудовыми затратами на их устранение, но и с травмами и человеческими жертвами.
В целом заявочное и регламентное функциональное и ресурсное диагностирование машин АПК, выявляя фактическое техническое состояние и неисправности машин, назначая работы по их обслуживанию и ремонту по фактической потребности, в народнохозяйственном значении позволяет: - заметно уменьшать затраты запасных частей, материалов и труда, на устранение отказов и неисправностей машин в эксплуатации, на ремонты и ТО, - максимально использовать эксплуатационный ресурс машин, - уменьшать расход топливно-смазочных материалов, - максимально возможно исключать аварии и ДТП машин, - уменьшать недобор и потери с.-х. продукции. В целом эксплуатация машин АПК по данным диагностирования позволяет экономить запасных частей и ТСМ в ценах 2015 г не менее чем на 3 млрд. руб. в год [129, 140].
Отечественная и зарубежная практика с послевоенных времен к 70-м гг. показала высокую техническую и экономическую эффективность диагностирования автомобилей, даже на предприятиях, имеющих небольшое их количество (5- 10 ед.). По данным же ЛСХИ и лаборатории № 24 ГОСНИТИ, филиалов ГОСНИТИ технико-экономическая эффективность диагностирования энергонасыщенных колесных тракторов выше, чем для грузовых автомобилей и составляла в 80-х гг. в среднем 250 руб на трактор в год.
Технико-экономическая эффективность нашх стендов диагностических КИ- 8927-ГОСНИТИ, КИ-8948-ГОСНИТИ определяется следующими показателями: - снижением трудоемкости испытаний машин по сравнению с контролем без стендов; проверка тормозных и тяговых качеств колесных тракторов и определение расхода топлива на стендах ГОСНИТИ занимает не более 5 мин, - эффективностью улучшения эксплуатационных показателей (мощность, экономичность, производительность, эксплуатационные расходы), а также надежности работы и безопасности движения машин после регулировки на стендах.
На этом основании расчеты технико-экономической эффективности стендов КИ-8927-ГОСНИТИ и КИ-8948-ГОСНИТИ на СТОТ, выполненные в ОТЭР ЦОКТБ ГОСНИТИ, показали, что срок окупаемости стендов при обслуживании на СТОТ более 100 тракторов в год не превышает 0,8 года. Таковы же данные Богодуховской СТОТ Харьковской обл., одной из первых внедривших стенд КИ- 8927-ГОСНИТИ.
Таким образом можно полагать, что разработки стендов для диагностирования колесных тракторов были удовлетворительными, а аттестация стенда КИ- 8948-ГОСНИТИ по высшей категории качества обоснованной.
Без сомнения технико-экономически эффективны разработанные с нашим участием расходомеры топлива КИ-8940-ГОСНИТИ, КИ-8943-ГОСНИТИ, расходомеры картерных газов КИ-13671-ГОСНИТИ, КИ-17999-ГОСНИТИ, а также автоматизированные машинотестеры КИ-13950-ГОСНИТИ.