Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Проблемы и задачи исследования 8
1.1 Методы диагностирования двигателей с использованием комплексного анализа смазочного масла 8
1.2 Место технической диагностики в структуре современного предприятия 12
1.3 Ремонтно-восстановительные составы 16
1.4 Выводы и постановка задачи исследования 25
Глава 2 Теоретические предпосылки для выбора ремонтно- восстановительных препаратов в зависимости от текущего технического состояния ДВС определяемого по анализу картерного масла 28
2.1 Теория выбора препарата 28
2.2 Методика расчета пороговых значений 29
2.3 Математическая модель подбора препаратов по состоянию двигателя 33
2.4 Расчет массы ремонтно-восстановительного состава 36
2.5 Допороговый метод 37
2.6 Прогнозирование остаточного ресурса двигателей методом спектрального анализа масла 39
Глава 3 Методики экспериментальных исследований 47
3.1. Определение скорости изнашивания трущихся пар 47
3.2 Определение коэффициента трения контактирующих поверхностей на машине трения МТ-1 49
3.3 Исследование микрорельефа и микроструктуры 52
Глава 4. Экспериментальные исследования взаимосвязи показателей работа- щего масла и текущего технического состояния главных судовых дизелей ...54
4.1 Планирование эксперимента и методика проведения наблюдений при контроле работающего масла двигателей 54
4.2 Результаты исследования двигателей Г-70 60
4.2.1 Результаты исследования физико-химических показателей работающего масла двигателей Г 70-5 66
4.2.1 Результаты исследования спектрального анализа масла...90
4.3 Результаты исследования двигателей М-400 138
4.3.1 Результаты исследования физико-химических показателей работающего масла двигателей М400 и М401 143
4.3.2 Результаты исследования спектрального анализа масла. 151
Выводы 184
Глава 5 Исследования ремонтно-восстановительных составов 187
5.1 Результаты испытаний и их анализ 187
5.2 Микроструктура и особенности износа пар трения 216
5.3 Результаты испытаний ремонтно-восстановительного состава на дизеле и их анализ 231
5.4 Экспериментальная проверка теоретических предпосылок 250
Выводы 258
Глава 6 Экономическая эффективность 259
6.1 Методика расчёта экономической эффективности 259
6.2 Эффект от снижения объёма ремонта 260
6.3 Эффект от снижения расхода масла 263
6.4 Экономическая эффективность от применения рве для предприятия с малым количеством двигателей 266
Выводы 268
Глава 7 Рекомендации производству 269
7.1 Система диагностирования по параметрам смазочного масла с применением ремонтно-восстановительных составов для двигателей агропромышленного комплекса 269
7.2 Основы службы контроля и управление надежностью по параметрам работающего масла 275
7.3 Решение задач контроля надежности 276
Заключение 278
Библиографический список использованной литературы 283
Приложение 3 05
- Место технической диагностики в структуре современного предприятия
- Математическая модель подбора препаратов по состоянию двигателя
- Определение коэффициента трения контактирующих поверхностей на машине трения МТ-1
- Результаты исследования физико-химических показателей работающего масла двигателей Г 70-5
Введение к работе
Актуальность темы. Опыт применения ремонтно-восстановительного состава (РВС) в технике, в том числе и для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), показывает, что применение РВС дает положительный эффект, связанный с увеличением безремонтного пробега, снижением эксплуатационных затрат предприятия, обусловленное отсрочкой капитального ремонта. Но серьезные препятствия возникают при выборе РВС, их применение в большинстве случаев обуславливается характеристиками РВС, а не текущим техническим состоянием ДВС. Отсутствуют методики и алгоритмы выбора того или иного РВС. В связи с этим попытки применения РВС не всегда приводят к ожидаемому результату.
Способ диагностирования ДВС по комплексному анализу работающего смазочного масла достаточно надёжно зарекомендовал себя в практической работе на предприятиях эксплуатирующих ДВС. Данный способ даёт возможность определять текущее техническое состояние, не только не разбирая ДВС, но и не прерывая его процесс эксплуатации. Кроме этого, имеется возможность существенной экономии моторного масла т.к. определяя состояние ДВС, определяется и состояние носителя информации – моторного масла.
Если реализовать современные научные результаты в области диагностирования ДВС по анализу масла для объективного выбора РВС в зависимости от текущего технического состояния ДВС, и получить научно-обоснованный метод выбора РВС, то обеспечим, таким образом, существенную оптимизацию эксплуатационных расходов предприятия.
Объектом исследования является процесс изменения содержания продуктов износа в смазочном масле и параметров самого масла в системе смазки. Закономерности изменения параметров масла и содержания продуктов износа в двигателях внутреннего сгорания. Определение действенности РВС для возможности их условной классификации.
Целью диссертационной работы является разработка научно обоснованной методики выбора РВС по состоянию ДВС на основе результатов анализа смазочного масла и ее экспериментальная проверка.
Методы исследования. Теоретической и методической основой исследований послужили современные достижения в области технической диагностики, теории вероятностей, теории распознавания образов. В опытах и практическом применении результатов данной работы использовалась современная измерительная аппаратура. Испытания проводились на аттестованном оборудовании, по сертифицированным методикам РОСС Ru.АЯ79.М52040 0219784, с учетом отраслевых стандартов и ведомственных методик СТП 314.536.0-01-88. Обработка результатов исследований проводилась методами математической статистики.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: обоснованностью исходных посылок, вытекающих из опыта эксплуатации и физической картины явлений; совпадением результатов теоретических исследований с результатами экспериментов.
На защиту выносятся:
Теория выбора препаратов РВС, в зависимости от текущего технического состояния ДВС определяемого по значению концентрации продуктов износа в картерном масле, состоящая из:
– алгоритма принятия решения;
– математической модели выбора препарата по состоянию двигателя;
– уравнения для определения массы ремонтно-восстановительного состава в зависимости от концентрации продуктов износа в смазочном масле ДВС;
– уравнения для прогнозирования ресурса по результатам спектрального анализа смазочного масла для определения целесообразности применения РВС;
– математической модели диагностирования по второй пробе (допороговый метод) с моделью выбора РВС.
Научная новизна работы определяется выполненными автором исследованиями и теоретическими обобщениями их результатов. В рамках решаемой проблемы они сводятся к следующему:
– теоретически обоснованы предпосылки для выбора препаратов РВС в зависимости от технического состояния ДВС определяемого по значению текущей концентрации продуктов износа в масле;
– впервые получено уравнение для определения массы ремонтно-восстановительного состава в зависимости от концентрации элемента-индикатора (диагностического параметра);
– предложено уравнение для прогнозирования остаточного ресурса по результатам спектрального анализа смазочного масла;
– создана математическая модель диагностирования по второй пробе (допороговый метод);
– разработана машина трения, достоверно моделирующая реальные условия эксплуатации и сокращающая время проведения испытаний;
– уточнена методика проведения испытаний ремонтно-восстановительных составов;
– впервые установлен дополнительный диагностический параметр, повышающий точность диагностирования;
– впервые предложена классификация ремонтно-восстановительных составов по результату действия.
Научная гипотеза. В качестве рабочей гипотезы считается, что изменение технического состояния ДВС, приводит к изменению определенных показателей смазочного масла (элементов-индикаторов – диагностических параметров), которое позволяет производить обоснованный выбор РВС для безразборного ремонта элементов ДВС.
Практическая значимость работы заключается в следующем. На основе системы диагностирования ДВС по анализу смазочного масла разработана, доведена до практического использования и внедрена система контроля и восстановления работоспособности ДВС с применением РВС и диагностирования по анализу смазочного масла (СДПМ), которая улучшает экономические, экологические и ресурсные показатели ДВС. Апробирована возможность использования не только целостной системы, но и составляющих ее элементов. В целом использование системы позволяет снизить эксплуатационные затраты.
Реализация работы. Материалы диссертации использовались при создании и развитии системы диагностирования судовых дизелей по параметрам смазочного масла в системе технической эксплуатации флота Западно-Сибирского речного пароходства, где от применения этой системы получен значительный экономический эффект. В пароходстве внедрен стандарт предприятия «Система диагностирования дизелей по методу комплексного анализа смазочного масла» (СТП 314.536.0-01-88), созданный при непосредственном участии автора.
Компания AutoDoctor Ltd. Liability Co., California, USA использует разработки диссертационной работы как для оптимизации применения разрабатываемых компанией препаратов для ДВС, так и для увеличения срока службы моторного масла.
Результаты диссертационной работы используются в SC Corporation, Южная Корея, Официальный дистрибьютор в Новосибирске: ООО «Прадо».
Предложенные в диссертации теоретические обоснования, позволили с помощью ремонтно-восстановительных составов увеличить срок службы эксплуатирующихся дизель-генераторов в 4 раза. (ГОК ЗАО «Акционерная компания АЛРОСА», Республика Саха).
Материалы диссертации используются в автотранспортном предприятии ПАТП-4 г. Новосибирска. В результате применения системы технической эксплуатации с диагностированием ДВС по анализу смазочного масла, значительно увеличился безремонтный пробег, сокращен расход смазочных масел. Тем самым сокращено антропогенное воздействие на окружающую среду.
Материалы диссертации использовались при создании и развитии системы технической эксплуатации и обслуживания ДВС с применением РВС в ОАО «Автодиагностика»: для судовой и автотракторной техники, а также стационарных и передвижных дизель-генераторных установок.
Апробация работы. Отдельные фрагменты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Новосибирской государственной академии водного транспорта и Новосибирского государственного аграрного университета 2002-2008 гг.; на межрегиональной конференции по диагностике дизелей речных судов пароходств Восточных бассейнов 2003 г.; на Сибирской Ярмарке 2003, 2004, 2005, 2009 годах; на международной Российско-Корейской конференции 2004 г.; на международной конференции «Автохимия» в 2005 г. Новосибирск - Академгородок; на городском межвузовском семинаре «Инновационные проекты ВУЗов Городу» 2005 г. Новосибирск; на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Двигатели внутреннего сгорания – современные проблемы, перспективы развития» 2006 г. Барнаул; на семинаре «Теория и практика безразборного ремонта ДВС» 2007г. Новосибирск; на всероссийской научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии технического сервиса» 2007 г. Москва;
«Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (ЭЭТПЭ-2008), Вторая Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием, 2008 г. АлтГТУ, им И.И. Ползунова, Барнаул; «Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири», международная научно-практическая конференция, посвщённая 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Селиванова, 2008 г., п. Краснообск; ГОСНИТИ, 2008 г. Москва; «Достижения науки – агропромышленному производству», Международная научно - техническая конференция, 2009 г. Челябинск. Результаты работы используются в учебном процессе.
Публикации. По результатам исследований автором опубликовано: 55 научных работ, из которых 14 – в журналах рекомендованных ВАК, четыре монографий.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, библиографии из 213 источников. Содержание работы изложено на 305 страницах, включает 75 таблиц и 79 рисунков.
Место технической диагностики в структуре современного предприятия
По видам диагностирования методы и средства диагностирования подразделяются на функциональные и тестовые. Функциональные методы и средства применяют во время работы дизеля, на которые поступают только рабочие воздействия. Тестовые методы и средства используются как на работающем, так и на неработающем дизеле, на который подаются тестовые воздействия.
При тестовом диагностировании воздействия (У) на дизель (Д) поступают от системы диагностирования (СД) (рисунок 1.1, а). Поэтому объем и последовательность этих воздействий выбирают из условий эффективной организации диагностирования. Воздействия в процессе тестового диагностирования называют тестовыми. получить оптимальное проведение технического обслуживания, ремонта и повысить надежность работы дизелей.
Воздействия от средств диагностирования СД при функциональном диагностировании (рисунок 1.1, б) задаются рабочим алгоритмом функционирования дизеля (А) и поэтому не всегда их можно выбирать из условий эффективной организации диагностирования.
Ответы дизеля на тестовые или рабочие воздействия и обоих видах диагностирования поступают на систему диагностирования СД. Система реализует свой внутренний алгоритм диагностирования, задающий состав и очередность определенных операций проверок дизеля, подает на последний входные сигналы, принимает и измеряет соответствующие выходные сигналы.
Методы и средства диагностирования по характеру их использования можно классифицировать на применяемые в судовых или стационарных условиях. Диагностирование дизелей на судах осуществляют во время хода или стоянки последних с помощью встроенных или внешних средств. При этом на речных судах используют простейшие средства, а на крупных морских - автоматизированные системы диагностирования на базе ЭВМ. Стационарное диагностирование дизелей и их агрегатов выполняют на береговых производственных участках и судоремонтных заводах.
К основным методам диагностирования технического состояния дизелей относят: параметрический, виброакустический, инструментальный, по составу продуктов изнашивания трущихся деталей в смазочном масле и отработавших газах.
Для оценки технического состояния трущихся сопряжений, редукторов систем охлаждения и смазочной и некоторых других устройств дизеля применяют диагностирование по тепловым показателям.
Наиболее нагруженным и наименее надежным узлом двигателя является цилиндро-поршневая группа (ЦПГ). Свыше 30 % отказов падает на ЦПГ, из них около 20 % на такие детали, как поршневые кольца, втулки цилиндров, поршни, клапаны, и около 10 % на подшипники. Поэтому созданию методов и средств диагностирования ЦПГ дизелей уделяется большое внимание. Анализ применяемых за рубежом средств диагностирования ЦПГ, а также разработки, приводимые рядом отечественных организаций, показывает, что их создание идет по двум направлениям: для диагностирования ЦПГ на мощных малооборотных дизелей и для диагностирования ЦПГ среднеоборотных дизелей [6, 7, 10, 12, 16, 26, 27, 30, 34-37, 40-44, 157-162, 197, 202, 205, 206, 209,210,212].
Получила широкое распространение для измерения диагностических параметров дизельной установки система "Mediag 22" фирмы Simens. Система снабжена вычислительным устройством, позволяющим прогнозировать необходимость технического обслуживания, и осциллографом, дающим возможность получать обслуживающему персоналу дополнительную информацию о процессах происходящих в цилиндрах, и о состоянии форсунок. Данная система, как и большинство ей подобных, работает по принципу сравнения диагностических параметров дизеля с их эталонными значениями. Систематическое наблюдение за этими параметрами позволяет прогнозировать необходимость технического обслуживания соответствующих узлов дизеля.
Для оценки изнашивания деталей дизеля используют микрометриро- вание, методы искусственных баз, радиоактивных изотопов, спектральный анализ, определение железа и других элементов в смазочном масле. Наиболее эффективным из них является спектральный анализ смазочного масла [14, 15, 18, 20, 31, 32, 70, 72, 89, 98, 107, 147, 148, 152, 183, 187-189]. Это обусловлено большой чувствительностью метода и достаточно широким диапазоном определения металлических и неметаллических примесей в масле (Fe, AI, Си, Pb, Се, Ni, Zn и др.).
На водном транспорте, этот метод был применен в ЗападноСибирском речном пароходстве (ЗСРП), которое совместно с НИИВТ, ныне НГАВТ, разработало и внедрило метод оценки технического состояния дизелей на основе спектрального анализа смазочного масла. Учитывая изложенное выше, задачу данного исследования можно конкретизировать: - определить объем выборочной совокупности, обеспечивающей достаточную точность результатов; — провести исследования параметров работающего масла, с целью установления их связи с текущим техническим состоянием ДВС. Исторически структура предприятий, осуществляющих техническую эксплуатацию, складывалась на основании полученных ранее нормативов. Это слово, конечно, имеет более широкое значение, но в данном случае оно обозначает только средние значения потока отказов [3, 8, 45-47, 54, 85, 130, 134, 174, 186, 190-193]. Основной производственный цикл предприятия представлен на рисунке 2. Нормативы в такой системе постоянно должны «изменяться» в связи с поступлением новых машин, старения существующих, с изменением условий их эксплуатации и т.п. Информация потока отказов должна идти непрерывно. Его статистическая обработка, может быть гораздо подробнее, чем только подсчет средних значений.
Математическая модель подбора препаратов по состоянию двигателя
Химическая формула ER, естественно, составляет предмет «ноу-хау» разработчиков. В открытой публикации лишь сообщается, что в состав препарата, являющегося продуктом тонкого химического синтеза, входят «базирующиеся на железе ионы». В ряде других сообщений эта некорректная формулировка заменена термином «коллоидный раствор железа». Таким образом, в любом случае речь идет о железосодержащем препарате, хотя внешне ER представляет собой прозрачную жидкость с желтоватым оттенком (без всякого намека на железо). Текучесть препарата при комнатной температуре соизмерима с моторным маслом. Продукт «не агрессивен» — не токсичен, не горюч, полностью совместим (то есть растворим) не только с любыми моторными маслами, но и с большинством технических жидкостей.
Действие ER сводится к модификации и кондиционированию, то есть к изменению структуры и свойств граничных пленок поверхностей железосодержащих металлов, приводящему к снижению трения и износа деталей. Как это ни парадоксально, катализатором этого процесса служит само трение, точнее связанное с ним обязательное повышение температуры в зоне контакта поверхностей. Температура активизирует ионы железа как в растворе ER, так и в продуктах износа, которые начинают адсорбироваться граничными пленками. В результате пленки окислов замещаются химически чистым железом, которое, обладая меньшим по сравнению со сталью или чугуном напряжением сдвига, снижает силу трения при относительном движении деталей. Износ также уменьшается за счет того, что контактирующие поверхности «обмениваются» ионами железа граничных пленок, а не частицами основного металла. При переводе на обыденный язык это означает увеличение прочности и в касательном и в нормальном направлениях от поверхности в глубину детали. Геометрически наличие слоя на поверхности трения и износа проявляется как выглаживание, уменьшение глубины следов износа, что сопровождается различимым на глаз увеличением оптической отражательной способности (зеркальным блеском) поверхностей.
Многофакторные исследования РиМЕТ [115, 125, 129] производились и специалистами Научного автотракторного института (НАТИ), Научно- исследовательского института автомобильного транспорта (НИИАТ), специализированными организациями Болгарии и Китая. Исследования проводились на карбюраторных и дизельных автомобилях марок ВАЗ, ГАЗ, УАЗ, ЗИЛ, Москвич, КАМАЗ, Шкода, Мерседес-Бенц, а также на морских судах и локомотивах. Исследования показали, что применение РиМЕТ обеспечивает повышение компрессии для отдельных типов двигателей - до 30 - 32 %. Измерения расхода масла на шести большегрузных автомобильных дизельных двигателях Мерседес-Бенц типа ОМ-403, эксплуатируемых на международных линиях показали снижение расхода до 62 - 81%. Изменение физико- химических характеристик масел марки М8В исследовалось в процессе эксплуатации, в присутствии РиМЕТ и без него. Приведенные в [115] данные показывают, что добавление РиМЕТ весьма благоприятно влияет на свойства масла. Стабильность характеристик масла повышается в несколько раз, что обеспечивает увеличение срока службы масла не менее чем на 50%.
Антифрикционные испытания РиМЕТ, проведённые на машине трения СМТ - 1 по схеме «вращающийся диск - неподвижная колодка» (сталь- чугун) показали уменьшение момента трения на 11 - 14% при температуре моторного масла 160 - 170С. Испытания по определению влияния РиМЕТ на износостойкость деталей ЦПГ проводились на двигателе ЗИЛ-130 в экстремальных условиях: температура воздуха 60С, влажность более 90%. Продолжительность испытания - 250 часов, что составляет около 50 % срока службы двигателя до капитального ремонта. Среднее увеличение ресурса рассчитывалось, исходя из фактического износа и теоретического срока службы кольца. Оно составило 42 - 78 %. При испытаниях на стендовом одноцилиндровом дизельном двигателе (Челябинский тракторный завод) при добавке РиМЕТ в количестве около 2,5 % после 95 часов испытаний отмечено снижение износа поршневых колец на порядок в сравнение с результатами, полученными без присадки РиМЕТ. Кроме того, в ходе испытаний зафиксировано значительное снижение удельного расхода топлива на единицу мощности двигателя.
Как видим, результаты испытаний РиМЕТ, проведённых разработчиками препарата убедительно показывают положительное влияние препарата на работу карбюраторных и дизельных двигателей в целом, а также на физико-химические и ресурсные характеристики моторного масла. Однако, внимание разработчиков концентрируется, в основном, на парах трения «сталь - чугун», характерных для деталей ЦПГ и газораспределительного механизма (ГРМ), и совершенно упущено из рассмотрения влияние РиМЕТ на подшипники скольжения. В работах разработчиков очень мало говорится о механизме действия и об особенностях изнашивания пар трения в присутствии РиМЕТ.
Испытания различных препаратов для восстановления и защиты двигателей внутреннего сгорания, проведенные в лаборатории «ВМП-АВТО», показали, что традиционные методы не всегда корректны при проведении таких исследований. В качестве примера рассмотрим ГОСТ Р 51176-98 «Нефтепродукты. Оформление технического заключения (допуска) к производству и применению», по которому обычно проводят испытания в лабораториях. Согласно данному документу, пару трения составляет чугунная колодка и стальной диск. Однако, таким методом можно смоделировать лишь работу кривошипно-шатунного механизма, причем с очень маленьким процентом достоверности (10 — 15 %), так как рабочей пары «чугун-сталь» при вращательном движении в судовом дизеле просто не существует. В ЦПГ работают чугун и чугунное кольцо.
Определение коэффициента трения контактирующих поверхностей на машине трения МТ-1
Основой для прогнозирования износа являются вероятностные математические модели процесса изнашивания, в которых износ может быть представлен либо как функция случайной величины х = /(/) либо как случайная функция . Прогнозирование процесса изнашивания деталей машин по износу, представленному как случайная величина, производится по тх и Дх или сгх. Такое прогнозирование не учитывает индивидуальных особенностей процесса изнашивания каждой машины группы, в результате чего точность прогноза с увеличением его длительности значительно снижается, особенно если характер процесса изнашивания между машинами в группе существенно различается. Прогнозирование износа по случайной функции, получаемой в результате перемешивания конкретных реализаций, производится по яг, (V), Дх (/) и Кх(/, ) или Нормированная корреляционная функция гх (/,/,) характеризует стабильность динамики изнашивания каждой машины группы, ввиду чего существенно повышается достоверность прогнозирования. При значении гД/, ) близкой к единице, что указывает на слабое перемешивание реализаций, прогноз может быть дан на более длительный срок. При малом значении (сильное перемешивание) прогнозирование с необходимой точностью может быть выполнено только на короткий промежуток времени. Учитывая это, при прогнозировании следует находить оптимальное решение, т.е. длительность прогноза следует устанавливать из условий требуемой точности прогноза.
В настоящее время вероятностные математические модели процесса изнашивания находят пути статистической обработки результатов измерения износов деталей машин при нормальной их эксплуатации. Основная трудность нахождения таких моделей связана с измерением текущего износа деталей. При широко распространенном линейном и весовом измерении износа, как наиболее достоверном и относительно простом методе оценки износа, полную динамику изнашивания можно установить только для тех деталей машин и механизмов, измерение которых не связано с разборкой машины. В этом случае можно получить семейство реализаций, при перемешивании которых и находится случайная функция процесса изнашивания, представляющая собой наиболее полную вероятностную математическую модель этого процесса. Однако в большинстве машин и механизмов такое измерение деталей без разборки машин выполнить невозможно, поэтому износ таких деталей оценивают по двум измерениям, выполненным в начале и в конце испытания. При такой периодичности измерения нельзя найти конкретные реализации, а, следовательно, и невозможно описать процесс изнашивания случайной функцией. В этом случае динамику процесса изнашивания в целом для группы исследуемых машин можно получить только путем статистической обработки большого количества случайных измерений деталей, получаемых при разборках машин с разной продолжительностью срока работы их между разборками. Эта модель процесса изнашивания и = /{/) характеризует износ в зависимости от времени работы как случайную величину, а не как случайный процесс. Такое описание процесса изнашивания отображает действительную закономерность его в той или иной группе машин, однако это отображение неполно, так как часть вероятностных характеристик останется неопределенной. Подобные сведения о возможном характере протекания динамики нарастания износа и = /(V) приведены в работе [173].
Исходными данными для прогнозирования работоспособности деталей машины на определенный промежуток времени / является измерение износа в исходный момент времени . Однако такие сведения при линейном измерении износа можно получить в любой интересующий нас момент времени только в тех машинах и механизмах, где для измерения износа не требуется разборка машины или возможна частичная разборка, не затрагивающая прогнозируемое сопряжение.
В большинстве машин и механизмов измерение износа деталей линейным и весовым методом возможно только после разборки машины. В этом случае прогнозирование работоспособности становится трудновыполнимым при данном методе оценки износа, так как любая разборка машины, в том числе и связанная только с измерением, может привести к каким-то изменениям в сопряжении измеренных деталей и, следовательно, к значительной ошибке в прогнозировании.
Перспективным и надежным методом безразборного прогнозирования работоспособности деталей является метод «продукты износа в масле» и, в частности, эмиссионный спектральный анализ масла (ЭСАМ) и осадков [171]. Применение этого метода дает возможность описать процесс изнашивания деталей случайной функцией и измерить износ в любой момент времени. Однако применение этого метода для прогнозирования имеет свои особенности и, в частности, особенности в оценке исходного износа. Если по одному линейному или весовому измерению можно судить о степени изношенности детали, то по результату одного спектрального анализа при нормальном протекании процесса изнашивания это сделать нельзя по следующим причинам. Методом ЭСАМ определяется масса металла, снятого с трущихся поверхностей за период после смены масла до измерения. Поэтому всю массу металла, снятого с трущихся поверхностей, можно определить только в случае, если измерения продуктов износа выполнять систематически с начального момента работы машины.
Результаты исследования физико-химических показателей работающего масла двигателей Г 70-5
Особое внимание заслуживает характер изменения нерастворимых осадков в масле в случае попадания в него воды (ОТ-2042, левый двигатель). Работающее масло этого двигателя после 1300 часов работы от смены масла (с этого времени вода систематически обнаруживалась в масле) содержало 2,15 % нерастворимых осадков, а к моменту смены масла (2000 часов) - 2,89%. В то же время в правом двигателе эти изменения были значительно выше - 1,88 - 4,09 %. Сравнительно малый темп роста нерастворимых осадков (0,10 % за 100 часов) в масле двигателя с утечками воды объясняется потерей маслом диспергирующих свойств, в результате чего большое количество осадков осело в масляной системе и на деталях двигателя. В то время в правом двигателе эти осадки находились во взвешенном состоянии и мало оказывали влияние на загрязнение двигателя (скорость роста - 0,31 % за 100 часов). Однако если оценивать загрязненность масла по абсолютному значению, то масло в правом двигателе уступает маслу в левом. Это лишний раз показывает сложность проблемы оценки качества масла с точки зрения влияния его на надежность двигателя.
В зарубежной практике контроля [208] нерастворимые примеси являются одним из браковочных показателей качества масла. В качестве браковочных значений принимается содержание нерастворимых осадков более 2,5 % и максимально допустимое 3,0 %. Однако целесообразность браковки масла по достижению такого значения требует дополнительной проверки. В нашем случае содержание нерастворимых примесей в работающем масле 3,0 % и более наблюдалось при значительном снижении щелочного числа, что уже само по себе может являться признаком браковки масла. Однако диспергирующие свойства масла, определенные по способности частиц масла к скоплению в конгломераты, при этом остаются удовлетворительными. Поэтому, делать окончательные выводы по этому показателю пока преждевременно. Следует провести еще ряд исследований для выяснения целесообразности контроля состояния масла и ДВС по этому показателю. При этом следует учитывать трудоемкость его определения в сравнении с другими показателями.
Негорючие примеси, как было показано в работах [23, 172] можно применять как диагностический параметр для диагностики системы очистки масла и как браковочный для смены масла.
Негорючие механические примеси показывают долю крупных частиц, циркулирующих в масле. Количество крупных частиц возрастает при снижении эффективности очистки и при ухудшении диспергирующих свойств масла, вызываемое рядом причин. При исправном состоянии систем очистки масла содержание негорючих примесей практически не зависит от срока работы двигателя на данном масле. Однако неисправность систем очистки масла, как это наблюдалось у двигателей т/х ОТ-2064, приводит к существенному их росту. Причем периодическая очистка масла с помощью центрифуги с электрическим приводом, которая производилась через каждые 150 — 200 часов работы двигателя, хотя и приводила к некоторому снижению содержания негорючих примесей, однако уровень их содержания оставался все высокий (в 4 - 5 раз выше, чем у двигателей с исправной системой очистки масла). Значительный рост негорючих примесей происходит и при попадании воды в масло, как это было замечено у левого двигателя т/х ОТ-2042 (рисунок 4.5), что приводит к быстрому заполнению осадком ротора центробежного фильтра. Обычно такой темп заполнения ротора осадком остается не замеченным и поэтому очистка фильтра производится с обычной периодичностью: В результате этого эффективность очистки масла резко ухудшается. Интересно отметить, что в этом случае содержание негорючих примесей существенно возрастает у двигателя с водой в масле. Так, в работающем масле двигателей т/х (ЭТ-2042 на момент смены масла (2000 часов) содержание негорючих примесей было у правого (без воды в масле) — 0,112 %, а у левого (с водой в масле) — 0,275 %. В то же время содержание нерастворимых осадков соответственно было 4,09 % и 2,89 %. Это указывает на более объективную оценку качества работающего масла по показателю «негорючие примеси».
Ряды распространения негорючих примесей, составленных отдельно для двигателей с исправными ЦМОР (СПГ-2037, 2042 правый, 2071, 2074, 2077, 2079, 2080) и неисправными (ОТ-2064, 2072, 2102) приведены в таблице 4.5. Результаты анализа левого двигателя ОТ-2042 не вошли в данные распределения ввиду особенностей повреждения этого двигателя.
При контроле состояния автомобильных двигателей значение негорючих примесей, как диагностический параметр, принято свыше 0,1 %. Если принять этот параметр за исходный, то в двигателях с работающей центрифугой содержание негорючих примесей свыше 0,1 % обнаруживается у 27 % проб, а с неработающей центрифугой - 60 %. Соответственно математические ожидания будут 0,089 % и 0,238 %, т.е. в 2,7 раз больше в работающем масле двигателей с неработающими центрифугами. Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности контроля состояния двигателя по данному показателю.
Таким образом, результаты исследования загрязненности масла показали, что примерно 40 % двигателей работает с неисправными центробежными фильтрами, что приводит к быстрому старению масла и к другим осложнениям в работе двигателя. Поэтому возникает необходимость в проведении исследований, направленных на выяснение причин, приводящих к снижению эффективности очистки масла в этих двигателях.
Рассматривая вопрос загрязненности масла, следует отметить, что эффективность центробежной очистки масла определяется главным образом частотой вращения ротора. Как было показано в работе [173], в условиях эксплуатации ЦМОР по тем или иным причинам работают с разным частотным режимом и поэтому достоверную оценку частотного режима ЦМОР в эксплуатации можно получить только путем непосредственного измерения частоты вращения ротора с помощью специального прибора. В связи с этим возникает необходимость проведения такого рода исследований для выяснения эффективности работы ЦМОР двигателей Г 70-5.
