Введение к работе
Актуальность темы. Надежность современных отечественных дизельных двигателей, в том числе и тепловозных, по мере их форсирования все в большей степени ограничивается долговечностью подшипников коленчатых валов. Так, задиры подшипников коленчатых валов имели место на тепловозных дизелях 6ЧН21/21, 16ЧН26/26. Проблема обеспечения и повышения надежности подшипников коленчатых валов, а также втулок головных подшипников не решена для дизелей 10Д100, остающимися самыми распространенными на железнодорожном транспорте.
Лимитирующее влияние подшипников коленчатого вала на показатели надежности дизелей отмечается и зарубежными специалистами.
Кроме традиционных путей повышения надежности подшипников коленчатых валов, заключающихся в отработке их на стадии проектирования и доводки при опытной эксплуатации дизелей, перспективным направлением в этой области представляется своевременное выявление их предотказного состояния в эксплуатации. Особенно важно это для железнодорожного транспорта, где возникновение задиров подшипников коленчатых валов в пути следования, как правило, влечет за собой выход из строя дизеля, задержку движения поездов, вызов дополнительного локомотива, неплановые ремонты тепловозов.
Диссертационная работа является составной частью , исследований кафедры "Локомотивы" СамИИТа, выполняемых по проблеме надежности и экономичности локомотивов в соответствии с отраслевой научно-технической программой МПС "Разработать и внедрить высокоэффективные технологические процессы и технические средства в локомотивном хозяйстве" (05.02.80.88.89) . утвержденной приказом МПС N25 ЦЗ от 06.11.87 г.
Цель и задачи исследования. Целью работы является теоретическое и экспериментальное изучение явлений, сопровождающих ра-
боту коренных подшипников дизелей и. на основании этого, разработка методики и технологии оценки их работоспособности в эксплуатации.
В связи с поставленной целью поэтапно решались следующие задачи:
проводился анализ повреждений вкладышей подшипников коленчатых валов тепловозных дизелей и определялся наиболее информативный интегральный критерий работоспособности подшипниковогс узла;
проводился анализ существующих методов оценки технической состояния подшипников скольжения дизелей с целью оценки возможности их использования в условиях локомотивного депо;
разрабатывалась математическая модель вибрационного возбуждения опор коленчатого вала работающего дизеля и проводилисі численные эксперименты с использованием разработанной моделі для оценки влияния на параметры возбуждаемых вибраций конструктивных, режимных и эксплуатационных факторов;
создавалось экспериментальное оборудование, позволяющее осуществлять исследования виброактивности опор коленчатого вал; в условиях лаборатории и локомотивного депо, на котором проводились соответствующие экспериментальные исследования;
разрабатывалась методика оценки теплового состояния коренных подшипников тепловозного дизеля типа дюо и решались вопросы аппаратурной, программной и технологической реализации разработанной методики в условиях локомотивного депо.
Методы исследований. Поставленная цель достигалась авторої путем использования данных, полученных:
на основании анализа и обобщения сведений, приведенных і научно-технической литературе;
математическим моделированием процесса вибрационного возбуждения коренных опор коленчатого вала;
использованием методов математической статистики при обработке экспериментальных данных.
Экспериментальные исследования по теме диссертации при личном участии автора и достаточной степени достоверности полученных результатов проведены:
на разработанном автором специализированном стенде для изучения виброактивности нестационарно нагруженных подшипников зкольжения;
на стенде по испытанию дизеля 8412x12;
на тепловозном дизеле 10Д100 на станции реостатных испытаний в локомотивном депо Сызрань. При проведении экспериментальных исследований автор широко использовал автоматизированную зистему исследований акустических процессов, созданную на кафедре "Микропроцессорная и вычислительная техника" СамИИТа. разработанный на кафедре "Локомотивы" СамИИТа при участии автора метод регистрации быстропротекающих процессов.
Научная новизна. Теоретически выявлена и экспериментально подтверждена возможность оценки температурного режима конкретного подшипникового узла коленчатого вала по параметрам возбуждаемых в его опорах вибраций. При этом:
обоснована целесообразность использования среднебалансовой температуры смазки в подшипнике в качестве его структурного параметра;
разработана математическая модель вибрационного возбуждения коренных опор с учетом жесткостных и демпфирующих свойств змазочного слоя в подшипнике, а также действующих на шип в пе-шод его динамического нагружения от процесса сгорания инерци-энных сил, предназначенная для поиска оптимальных зависимостей іежду структурным и диагностическими параметрами возбуждаемых зибраций;
с помощью математической модели получены зависимости ряда шплитудных и фазовых параметров возбуждаемого в коренной опоре зибропроцесса, от среднебалансовой температуры смазки в подшип-іике, а также определены условия, при которых установленные за-шсимости могут быть использованы в качестве диагностических;
\
- получено экспериментальное подтверждение существования и характера выявленных при численном моделировании зависимостей между среднебалансовой температурой смазки в коренном подшипнике и параметрами возбуждаемых вибраций.
Определены условия регистрации и разработаны алгоритмы обработки вибрационного сигнала, снимаемого с корпусных деталей тепловозного дизеля типа Д100, обеспечивающие надежное выделение из него диагностической информации;
Разработан метод оценки температурного режима конкретной коренной опоры тепловозного дизеля 10Д100 по фазовым параметрам вибрационного сигнала, снимаемого с двигателя в области опор коленчатого вала.
Практическая ценность работы. Разработанный метод оценки температурного режима конкретного коренного подшипника дизеля дает возможность оперативно контролировать их работоспособность в эксплуатации и, при накоплении достаточного статистического материала, прогнозировать их остаточный ресурс, что, в свою очередь, позволяет значительно снизить издержки, связанные с последствиями выхода из строя подшипников коленчатого вала.
Полученные результаты экспериментальных исследований виброактивности коленчатого вала дизеля типа ДЮО могут быть использованы также для разработки методов оценки технического состояния их топливной аппаратуры.
Разработанные алгоритмы и программы обработки виброакустического сигнала, снимаемого с корпусных деталей дизелей, могут быть использованы для выделения диагностической информации других его узлов.
Предложенная математическая модель и разработанное экспериментальное оборудование могут быть использованы для исследования влияния на несущую способность нестационарно нагруженньс подшипников скольжения жесткостных свойств опор, демпфирующих I жесткостных свойств смазочного слоя.
Реализация результатов работы. , Разработанный в диссертациі
:етод оценки технического состояния подшипниковых узлов колеистого вала дизеля в виде технических требований к режимам ди-тностических испытаний тепловоза, объему и условиям съема ин-юрмации с него, а также в виде алгоритмов обработки виброакус-ической информации и обобщенного алгоритма постановки диагноза юшел в качестве одного из разделов в техническое задание на іазработку типового стационарного пункта диагностики тепловозов і локомотивном депо Узловая Московской железной дороги.
Отдельные положения по диагностированию теплового состояния :оренных подшипников дизелей типа Д100, изложенные в диссерта-[ии, были использованы при создании пункта технической диагнос-'ики тепловозов в депо Сызрань Куйбышевской железной дороги.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссерта-(ионной работы доложены автором на Всесоюзной конференции "Виб-юдиагностика. Оценка технического состояния механизмов и раз-іеление источников шума. Проблемы стандартизации" (Горький. 984,1988 г.г.), на Всесоюзном совещании "Проблемы вибродиаг-юстики машин и приборов" (Иваново, 1985 г.). на семинаре "Howe методы вибродиагностики технического состояния машин" (Кау-іас, 1986 г.), на конференции "Автоматизированные системы испы-'аний объектов железнодорожного транспорта" (Москва. 1986, 1988 '. г.), на научно-практической конференции "Методы и средства іиброакустической диагностики машин" (Ивано-Франковск, 1988 '.), на научно-теоретических семинарах кафедры "Локомотивы" Са-іИИТа (Самара, 1988, 1990. 1992, 1995 г.г.), кафедры "Тепловозы [ тепловозное хозяйство" РГОТУ ПС (Москва, 1995 г.), кафедры 'Локомотивы и локомотивное хозяйство" МИИТа (Москва, 1996 г.).
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 15 ючатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 99 стр. маши-юписного текста, 35 рисунков, 3 таблицы, 2 приложения и 92 на-менований библиографических источника.
/2 2-832
