СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ, РАБОТАЮЩИХ В ПРИСУТСТВИИ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2005 года по МПК G01N3/56 

В настоящее время известен ряд методов диагностирования технического состояния и контроля степени износов деталей двигателей безразборным методом, который основан на использовании значений концентраций элементов износа в смазочном материале. Известен способ определения степени износа пар трения, работающих в присутствии смазочного материала [1]. Способ заключается в том, что отбирают пробы смазочного материала, составляют диаграммы состояния износа пары трения, определяют предельно допустимые значения концентраций примесей и определяют степень износа пар трения.

Используя данный способ, можно выявить начальный момент интенсивного изнашивания, который характеризует предельное состояние детали. Но нельзя оценить текущие размеры детали и ее остаточный ресурс работы.

Наиболее близок по своей цели к предлагаемому методу метод, основанный на определении концентраций продуктов износа в смазочном материале в период приработки, регистрации момента достижения максимальной концентрации и определении скорости изнашивания [2]. В ходе эксплуатации двигателя, в т.ч. после среднего или капитального ремонтов, периодически отбирают пробы смазочного материала и регистрируют изменения концентрации элементов продуктов изнашивания от времени (наработки), фиксируют время появления максимального значения концентрации и определяют скорость изнашивания по формуле:

При определении степени износа учитывают скорость изнашивания. Недостатком данного метода является то, что, используя его, нельзя получить текущие размеры контролируемой детали по местам обмера.

Целью изобретения является получение дополнительной информации о геометрических характеристиках износа и повышении точности прогнозирования остаточного ресурса деталей.

Сущность метода заключается в том, что на первом ремонте, связанном с разборкой двигателя, замеряют износы контролируемых деталей и соответствующие этим износам объемы изношенного металла, определяют соотношения износов по местам обмера в соответствии со схемой замеров. Прогнозирование остаточного ресурса осуществляется по месту наиболее интенсивного износа с учетом характера изменения скорости изнашивания.

На фиг.1 показаны схема обмера и характер износа цилиндровой втулки тепловозного дизеля 10Д100. Обмер втулок производится в шести поясах и двух взаимно перпендикулярных плоскостях “по валу” и “по ходу”. Определены соотношения износов в различных местах обмера к принятому базовому размеру (пояс 1, плоскость “по ходу”).

где - износ,

i - пояс обмера,

j - плоскость обмера.

При дальнейшей эксплуатации двигателя периодически отбирают пробы смазочного материала и методом спектрального анализа определяют в них концентрации характерных элементов продуктов износа, по методике, изложенной в [3], рассчитывают общий объем металла, изношенного с контролируемых деталей.

По известному значению объема, изношенного с детали металла, известным соотношениям износов в различных плоскостях и поясах обмера и известным начальным размерам детали рассчитывают текущие размеры детали по местам обмеров и контролируемые геометрические характеристики износа (овальность, конусность). Прогнозирование остаточного ресурса детали осуществляется по значениям предельно допустимых износов, геометрическим характеристикам и размерам детали в местах наиболее интенсивного нарастания контролируемых параметров.

Пример выполнения предлагаемого способа.

Под контроль взяты цилиндровые втулки дизеля типа 10Д100 дизеля №14662 с начальными размерами, приведенными в табл.1.

Таблица 1№ цилиндраПояс обмера 123456 По валуПо
ходуПо валуПо ходуПо валуПо
ходуПо валуПо
ходуПо валуПо ходуПо валуПо
ходу1207,05,02,02,01,05,03,04,04,03,03,05,032207,05,05,05,05,05,05,04,04,02,03,04,033207,05,05,04,03,02,04,03,04,05,05,05,034207,02,03,02,00,04,04,05,05,04,05,03,055207,05,05,02,03,05,04,05,02,04,02,03,036207,03,05,02,04,04,05,04,03,05,02,03,037207,03,03,02,02,04,05,05,05,03,02,00,028207,03,04,01,02,04,05,03,05,01,05,02,009207,03,04,01,01,04,05,05,05,03,04,04,0110207,03,05,01,02,05,04,05,05,03,02,01,02

При наработке дизеля 166200 км методом непосредственного измерения при разборке дизеля нутромером с ценой деления 0,01 мм произведен обмер цилиндровых втулок, результаты обмера представлены в табл.2.

Таблица 2№ цилиндраПояс обмера 123456 По
валуПо
ходуПо
валуПо
ходуПо
валуПо
ходуПо
валуПо
ходуПо
валуПо
ходуПо
валуПо
ходу123456789101112131207,10,08,21,18,18,15,19,12,20,08,10,072207,10,10,113,17,18,11,19,15,20,06,13,083207,08,10,20,15,12,07,11,05,21,05,08,104207,08,10,13,16,15,12,10,12,19,10,09,105207,10,12,21,20,21,16,20,13,20,10,05,126207,06,10,23,19,20,15,20,19,20,09,08,107207,05,06,19,18,16,12,18,17,20,09,08,108207,03,05,24,14,23,18,12,10,20,05,06,089207,05,05,22,20,18,20,18,14,18,08,10,0610207,10,08,23,18,18,15,19,12,18,08,10,07

По результатам обмеров получены значения износов по местам обмеров (табл.3).

Таблица 3№ цилиндраПояс обмера 123456 По валуПо ходуПо
валуПо ходуПо валуПо
ходуПо
валуПо
ходуПо
валуПо ходуПо валуПо ходу1234567891011121310,05,06,19,17,13,12,15,08,16,05,05,0420,05,05,08,12,13,06,15,11,18,03,09,0530,03,05,16,12,10,03,08,01,16,00,03,0740,06,07,11,16,11,08,05,07,15,05,06,0550,05,07,19,17,16,12,15,11,16,08,02,09

Продолжение табл.31234567891011121360,03,05,21,15,17,10,16,16,15,10,11,0870,02,03,17,16,12,07,13,12,17,07,08,0880,00,01,23,12,19,13,09,05,19,00,04,0890,02,01,21,19,14,15,13,09,15,04,06,05100,07,03,22,16,13,11,14,07,15,06,09,05Среднее значение0,038,043,177,152,139,096,123,087,162,048,063,064

По средним значениям износов получены коэффициенты соотношения износов по местам обмера:

В процессе эксплуатации периодически отбирались пробы смазочного материала (моторного масла) для определения значений концентраций продуктов износа, фиксировалась наработка дизеля и количество долитого в систему моторного масла. Результаты контроля представлены в табл.4.

Таблица 4Концентрация железа, г/т0011101526207538Наработка, тыс. км7,616,224,532,040,348,057,466,375,984,1Количество долива, т0000,480,480,210,590,710,570,64

Продолжение табл.4Концентрация железа, г/т771210201094167Наработка,
тыс. км92,2101,0109,3116,6122,7131,1138,5147,7158,3166,2Количество долива, т0,660,350,500,1130,180,180,220,460,280,47

В процессе дальнейшей эксплуатации информацию о текущих значениях износа, овальности, конусности и остаточном ресурсе детали получают без разборки дизеля. В процессе эксплуатации продолжается периодический контроль концентраций продуктов износа в моторном масле и наработки дизеля. На момент определения текущих износовых характеристик и остаточного ресурса по текущим значениям концентраций продуктов износа, наработке дизеля и начальным размерам детали, с учетом установленных соотношений износов по местам обмеров (3), без разборки дизеля определяют количество изношенного с детали металла, текущие размеры детали, овальность и конусность. Периодическая безразборная оценка в процессе эксплуатации динамики контролируемых параметров позволяет оценить остаточный ресурс детали не только по величине максимального износа, но и по динамике таких геометрических характеристик, как овальность и конусность.

По результатам контроля рассчитан объем железа, изношенного с деталей дизеля:

V=45227 мм³.

С учетом износа поршневых колец, шеек коленчатого вала, пальцев поршня объем железа, приходящийся на цилиндровые втулки, составляет:

V_цв=8176 мм³.

Этот объем железа изношен с десяти цилиндровых втулок, следовательно, с одной цилиндровой втулки изношено V_i=817,6 мм³.

Для цилиндровой втулки изношенный объем представляет разность между внутренним объемом изношенной втулки (V_изн.) и внутренним объемом новой втулки (V_нов.):

Текущие диаметры по местам обмеров изношенной втулки определяются:

где - диаметр изношенной втулки;

- диаметр новой втулки.

В свою очередь, износы в различных местах обмера связаны зависимостями (2) или (3).

Внутренний объем втулки в интервале поясов обмера рассчитывается методом дифференциального интегрирования

После интегрирования получаем:

где

h - расстояние между поясами замера.

Используя соотношения (3, 4, 5, 7), определяем текущие значения .

Полученные значения текущих размеров цилиндровой втулки позволяют оценить текущие значения таких характеристик, как овальность и конусность.

Остаточный ресурс детали определяем по двум характеристикам - скорости нарастания износа и овальности. Предельные значения износа - 207,6 мм, овальности - 0,3 мм.

На фиг.2 показаны кривые нарастания износа и овальности цилиндровой втулки.

Прогноз остаточного ресурса корректируется за счет определения по известным значениям износа и овальности на моменты контроля (L_k) скорости нарастания параметров:

по износу

где D_доп. - предельно допустимое значение диаметра втулки;

- максимальное значение диаметра втулки на момент k-го контроля;

- значение диаметра втулки в том же поясе и плоскости обмера на момент предыдущего контроля;

k - порядковый номер момента контроля текущих параметров износа;

по овальности

где f_доп - предельно допустимое значение овальности втулки;

- максимальное значение овальности втулки на момент k-го контроля;

- значение овальности втулки в том же поясе и плоскости обмера на момент предыдущего контроля.

Для рассматриваемого случая (втулка №8, пояс №2)

Таким образом, в результате реализации предлагаемого способа для цилиндровой втулки получена информация по дополнительной характеристике износа - овальность без разборки дизеля, и остаточный ресурс детали уточнен за счет его оценки по двум (в данном случае) параметрам - износу и овальности.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1408296.

2. Авторское свидетельство СССР №1359718.

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: в ходе эксплуатации двигателя отбирают пробы смазочного материала. Методом спектрального анализа определяют в них концентрации элементов продуктов изнашивания, с учетом которых определяют износ деталей. Эксплуатацию двигателя осуществляют в период до первого ремонта, связанного с разборкой двигателя. Износ деталей определяют в нескольких местах. Устанавливают индивидуальные закономерности износа деталей и дополнительно определяют соответствующие износу объемы изношенного металла детали. По измеренным объемам, с учетом соотношения износов в процессе дальнейшей эксплуатации после первого ремонта, связанного с разборкой двигателя, определяют в тех же местах величину износа, овальность и конусность деталей и остаточный ресурс работы деталей. Технический результат: повышение достоверности испытаний. 2 ил., 4 табл.

Способ контроля степени износа деталей двигателя, работающих в присутствии смазочного материала, заключающийся в том, что в ходе эксплуатации двигателя отбирают пробы смазочного материала, методом спектрального анализа определяют в них концентрации элементов продуктов изнашивания, с учетом которых определяют износ деталей, отличающийся тем, что эксплуатацию двигателя осуществляют в период до первого ремонта, связанного с разборкой двигателя, износ деталей определяют в нескольких местах, устанавливают индивидуальные закономерности износа деталей и дополнительно определяют соответствующие износу объемы изношенного металла детали, и по измеренным объемам с учетом соотношения износов в процессе дальнейшей эксплуатации после первого ремонта, связанного с разборкой двигателя, определяют в тех же местах величину износа, овальность и конусность деталей и остаточный ресурс работы деталей.