СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЗНОСА УЗЛОВ ТРЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к технической диагностике механизмом и машин, работающих в жидкой системе смазки, и может быть использовано для анализа содержания ферромагнитных частиц в работающих маслах.

Известен способ контроля износа узлов трения, работающих в жидкой системе смазки, основанный на определении концентрации частиц износа и дисперсного состава их путем дифференциальной фильтрации пробы масла через многослойный фильтр с последующим измерением абсолютной и относительной величин воздействия магнитного поля на фильтрующий материал в местах протекания через него масла, при этом о количестве частиц износа в масле (концентрации) судят по воздействию магнитного поля на все слои фильтрующего материала, а по распределению частиц между слоями фильтрующего материала судят о их дисперсности [1]
По концентрации частиц износа в масле определяют степень износа узлов трения, а по анализу дисперсного состава и характере износа. Так, мелкие частицы характеризуют нормальный износ, а появление крупных и очень крупных частиц свидетельствует о наличии дефектов в узлах трения.

Возможность оценки технического состояния по двум диагностическим характеристикам повышает достоверность диагностики механизмов и машин.

Однако известный способ контроля износа узлов трения в силу необходимости фильтрации масла с последующей расшифровкой информации, записанной в виде отложений на фильтрующем материале, обладает высокой трудоемкостью.

Известны также способы контроля износа узлов трения, заключающиеся в том, что на жидкую смазку воздействуют электрическим полем и измеряют величину информативного параметра с использованием магнитного [2] вихретокового [3] или электроемкостного [4] преобразователей, помещенных в жидкую смазку, определяют концентрацию ферромагнитных частиц износа в жидкой смазке, с учетом которой и контролируют износ узлов трения.

Обеспечивая оперативность и достаточную точность определения концентрация частиц в жидкой смазке, известные способы не дают информации о дисперсном составе, что снижает точность контроля износа узлов трения.

Наиболее близким к предлагаемому является известный способ контроля износа узлов трения, работающих в жидкой системе смазки, заключающийся в том, что на жидкую смазку воздействуют электрическим полем, по измеряемым с помощью помещенного в жидкую смазку магнитного преобразователя информативным параметрам определяют концентрацию и дисперсный состав частиц износа в жидкой смазке, с учетом которых контролируют износ узлов трения, при этом концентрацию частиц износа определяют по изменению выходной частоты переменного тока именительной индуктивной катушки, а дисперсный состав путем изменения частоты в заданном диапазоне и определения частоты тока с минимальной амплитудой в дополнительной катушке [5]
Контроль износа узлов трения эти способом осуществляется с более высокой точностью, однако для своей реализации требует более сложного аппаратурного сопровождения для измерения нескольких, не связанных между собой, информативных параметров.

Кроме того, этот способ применим лишь с использованием магнитного преобразователя.

Задачей изобретения является обеспечение оперативного определения дисперсного состава для обнаружения появления крупных частиц износа, характеризующих нарушение нормального функционирования узлов трения по одному информативному параметру, использующемуся для определения концентрации частиц износа в жидкой смазке.

Задача достигается тем, что в жидкой смазке с частицами износа размещают измерительный преобразователь и воздействуют на нее электрическим полем, в состоянии покоя жидкой смазки измеряют информативный параметр измерительного преобразователя, определяют концентрацию и дисперсный состав частиц износа в жидкой смазке, с учетом которых контролируют износ узлов трения, и, согласно изобретению, перед измерением информативного параметра в состоянии покоя жидкой смазки ее перемешивают и измеряют информативный параметр, по величине которого определяют концентрацию частиц износа, а измерение информативного параметра в состоянии покоя жидкой смазки проводят с момента прекращения перемешивания в течение времени оседания частиц износа. Измерение информативного параметра в состоянии покоя жидкой смазки проводят с момента прекращения перемешивания в течение времени оседания частиц износа и фиксируют в течение того времени изменение величины информативного параметра, по которому судят о дисперсном составе частиц износа.

Задача достигается также тем, что измерительный преобразователь помещают в верхней части жидкой смазки, а дисперсный состав определяют по снижению величины информативного параметра.

Задача достигается тем, что измерительный преобразователь помещают в нижней части жидкой смазки, а дисперсный состав определяют по росту величины информативного параметра.

Достижение поставленной задачи обусловлено тем, что две характеристики частиц износа концентрация и дисперсный состав оцениваются с помощью одного измеряемого информативного параметра, характеризующего свойства жидкой смазки, находящейся под воздействием электрического поля. При этом величина информативного параметра, измеряемого в момент подвижного состояния жидкой смазки, когда частицы износа находятся во взвешенном состоянии, характеризует их концентрацию.

При задании жидкой смазке состояния покоя взвешенные частицы износа начинают оседать, изменяя концентрацию частиц износа в зоне измерительного преобразования в верхней части жидкой смазки уменьшаться и увеличиваться в нижней части. В результате этого величина информативного параметра изменяется пропорционально скорости оседания частиц износа. Поскольку скорость оседания частиц износа зависит от их размеров массы, то по темпу изменения информативного параметра модно судить о дисперсном составе частиц износа в жидкой смазке. Таким образом, по одному информативному параметру можно определять две характеристики частиц износа. Благодаря чему контроль износа узлов трения может осуществляться более простыми средствами.

Поскольку для оценки характеристик частиц износа достаточно одного информативного параметра, то в предлагаемом способе могут использоваться известные магнитные вихретоковые или электроемкостные измерительные преобразователи.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2
графики изменения информативного параметра жидкой смазки в состоянии покоя с различным дисперсным составом частиц износа.

Устройство для реализации предложенного способа содержит емкость 1, в которой находится жидкая смазка 2 и погруженный в нее измерительный преобразователь 3, в качестве которого может быть использован магнитный, вихретоковый или электроемкостной преобразователь. Преобразователь 3 подключен к блоку питания 4 и через блок обработки сигнала 5 к регистрирующему устройству 6. В случае использования магнитного или вихретокового преобразователя емкость 1 выполняют из немагнитного материала. Емкость 1 может быть подключена к трубопроводу циркуляции жидкой смазки с возможностью отключения циркуляции /не показано/. В качестве емкости 1 может использоваться также и масляный бак системы смазки или картер контролируемого узла трения /не показаны/. Преобразователь 3 может быть размещен либо в верхней /фиг. 1/, либо в нижней части емкости 1 /не показано/.

Способ реализуется следующим образом.

Емкость 1 заполняют жидкой смазкой (пробой масла) из работающего узла трения, после чего взбалтывают, если емкость не подключена к системе смазки или в процессе заполнения не достигнуто равномерного распределения и взвешенного состояния частиц износа.

Измерительный преобразователь 3 подключают к блоку питания 4 и с регистрирующего устройства 6, подключенного к блоку обработки сигнала 5, считывают показания информативного параметра, характеризующего содержание (концентрацию) частиц износа в жидкой смазке.

После этого жидкой смазке 2 задают состояние покоя, емкость 1 устанавливают неподвижно либо отключают ее от системы циркуляции, или останавливают работающий узел трения. При отсутствии принудительного движения жидкой смазки частицы износа в ней начинают постепенно оседать. Если преобразователь 3 размещен в верхней части, то по мере оседания частиц износа их количество в зоне преобразователя будет уменьшаться, соответственно будет уменьшаться и величина информативного параметра на регистрирующем устройстве 6. Если преобразователь 3 размещен в нижней части, то в зоне преобразователя количество частиц износа по мере их оседания будет увеличиваться и, соответственно, будет увеличиваться величина информативного параметра.

Поскольку крупные частицы износа оседают быстрее, виду их большой массы, то их удаление /в одном варианте/ или приближение /в другом варианте/ к измерительному преобразователю будет вызывать более значительное изменение информативного параметра, т.е. по скорости оседания частиц износа соответственно темпу изменения информативного параметра можно судить о дисперсном составе частиц износа в жидкой смазке.

По величине информативного параметра контролируется концентрация частиц износа в жидкой смазке, по которой судят о величине износа узлов трения, используя предварительно определенные зависимости концентрации частиц износа и наработки узла трения. При достижении определенного уровня концентрации частиц износа, может быть сделан вывод о необходимости остановки работы узла трения.

Вместе с тем, в работе узла трения возможны отклонения от нормального функционирования схватывание, заедание или разрушение трущихся деталей, в результате которых в жидкой смазке появляются крупные частицы. Вначале они не могут существенно изменять концентрацию частиц износа в жидкой смазке, поэтому контроль работы узла по концентрации частиц износа не позволяет своевременно выявить начальную стадию отклонения от нормального функционирования узла трения.

В этой связи определение дисперсного состава частиц износа является необходимым. Так, если скорость оседания частиц износа находится в заданном пределе, то это свидетельствует о нормальном функционировании узла трения. Если же скорость оседания частиц износа превышает заданный предел, то это свидетельствует с попадании в жидкую смазку крупных частиц, сигнализирующих о нарушении нормального функционирования узла трения и о необходимости его остановки и выявления причин нарушения.

Контроль износа узлов трения может проводиться периодически, по мере отбора проб жидкой смазки, или непрерывно с кратковременным отключением циркуляции масла через емкость 1 на период определения скорости оседания частиц износа.

Пример использования.

Способ контроля износа узлов терния использован для контроля износа узлов трения дизельного двигателя при работе его в стендовых условиях при ускоренных испытаниях в объеме 200 часов.

В качестве измерительного преобразователя применялся вихретоковый преобразователь, запитываемый от генератора синусоидальных колебаний с частотой 5 кГц.

Забор проб масла осуществлялся через каждые 10 часов работы двигателя на режиме нагружения.

Измерение концентрации частиц износа в смазочном масле осуществлялось с использованием измерительного прибора, прокалиброванного по эталонным отметкам с известным содержанием частиц износа в масле. Величина информативного параметра, характеризующего концентрацию частиц износа при нормальном функционировании двигателя, составляла 2,0 3,0 ед. Время одного измерения составляет 5 10 сек.

При зарождении дефекта в двигателе перед отказом двигателя из-за нарушения одного из сопряжений "алюминий-чугун" величина информативного параметра увеличилась до 13,0 ед. Увеличение диагностического сигнала более чем в 5 раз подтвердило хорошую чувствительность вихретокового преобразователя на резкое изменение концентрации частиц износа с смазочном масле.

При измерении дисперсного состава частиц износа при нормальном функционировании двигателя изменение величины информативного параметра /фиг. 2, график "а"/ за период от начала изменения сигнала до его стабилизации 20 - 25 мин составило 20% при этом за первые 5 мин изменение сигнала составило 10%
Перед отказом двигателя при зарождении дефекта изменение величины информативного параметра / фиг 2, график "б"/ за первые 5 мин составило 60% за следующие 5 мин 20% и за оставшиеся 20-25 мин еще на 20%
Таким образом, информация, характеризующая резкое изменение дисперсного состава частиц износа, а именно появление крупных частиц, т.е. частиц размером, превышающим размеры частиц, образующихся при штатном функционировании узла трения, получается за первые 5 мин измерения.

Сущность изобретения: в жидкой смазке с частицами износа размещают измерительный преобразователь, воздействуют на нее электрическим полем и перемешивают. С момента прекращения перемешивания в течение времени оседания частиц износа измеряют информативный параметр, фиксируя в течение этого времени изменение его величины. По характеру информативного параметра судят о дисперсном составе частиц износа. Измерительный преобразователь может быть помещен в верхней или в нижней части жидкой смазки, а дисперсный состав частиц износа, при этом определяют по снижению или по росту величины информативного параметра соответственно. Определяют также концентрацию частиц износа в жидкой смазке. Износ узлов трения контролируют с учетом дисперсного состава и концентрации частиц износа в жидкой смазке. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля износа узлов трения, работающих в жидкой системе смазки, заключающийся в том, что в жидкой смазке с частицами износа размещают измерительный преобразователь, воздействуют на жидкую смазку электрическим полем и в состоянии покоя жидкой смазки измеряют информативный параметр измерительного преобразователя, определяют концентрацию и дисперсный состав частиц износа в жидкой смазке, с учетом которых контролируют износ узлов трения, отличающийся тем, что перед измерением информативного параметра в состоянии покоя жидкой смазки ее перемешивают и измеряют информативный параметр, по величине которого определяют концентрацию частиц износа, а измерение информативного параметра в состоянии покоя жидкой смазки проводят с момента прекращения перемешивания в течение времени оседания частиц износа, фиксируя в течение этого времени изменение величины информативного параметра, по характеру которого судят о дисперсном составе частиц износа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерительный преобразователь помещают в верхней части жидкой смазки, а дисперсный состав определяют по снижению величины информативного параметра. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерительный преобразователь помещают в нижней части жидкой смазки, а дисперсный состав определяют по росту величины информативного параметра.