Визначення технічного стану дизельних двигунів

Реферат на тему:

Визначення технічного стану дизельних двигунів

Зміст

1. Діагностика дизелів по параметрах робочих процесів

2. Віброакустичні методи діагностики

3. Методи оцінки якості нафтопродуктів

4. Метод Спектрографії визначення змісту продуктів зносу в маслі

Використана література

1. Діагностика дизелів по параметрах робочих процесів

Під керівництвом Ю. К. Бобкова розроблений метод діагностики двигунів внутрішнього згоряє по амплітудно-фазових параметрах.

Полягання циліндро-поршневої групи визначають по амплітудах пульсацій тиску відпрацьованих газів в картері при мінімальній стійкій частоті обертання колінчастого валу. Пульсації відбуваються унаслідок чергування спалахів процесів горіння палива в циліндрах. Фіксуючи опорну крапку, наприклад момент приходу поршня першого циліндра у в.м.т., і знаючи порядок роботи циліндрів, по амплітуді пульсацій можна визначити полягання кожного циліндра окремо.

Полягання паливної апаратури оцінюють по амплітудах пульсацій тиску в паливопроводах високого тиску, фазам початку уприскування палива по відношенню до в.м.т. поршня першого циліндра і тривалості наростання хвилі тиску уприскування. Ці параметри дозволяють визначати тиск затягування пружини форсунка, величину однорідність подачі палива, момент початку уприскування палива кожною форсункою по відношенню до в.м.т. (різницю кутів випередження уприскування), знос прецизійних пар паливного насоса.

Полягання механізму газорозподілу оцінюють по амплітудах пульсацій повітря і газів у впусканні і випускному колекторах. По цих параметрах визначають фази газорозподілу, зазори і герметичність клапанів, знос розподільного валу. Знаючи величину імпульсів розрідження в патрубку впускання, можна також оцінити полягання (опір) очисника повітря.

Достоїнства даного методу — мала трудомісткість і універсальність, недоліки — низька точність (унаслідок трудності розділення сигналів) і складність вимірювальної апаратури.

А. В. Дерюгин обгрунтував методи діагностики складових частин дизелів, зокрема паливної апаратури, по параметрах теплових процесів. Їм запропонований метод визначення кута випередження подачі палива і тиску затягування пружини форсунки по середній температурі циклу, температурі відпрацьованих газів і температурі зовнішньої поверхні випускної труби. Як вимірювальні перетворювачі використовуються хром-алюміневі термопари, а як вимірювальна апаратура — електронні автоматичні потенціометри типа ЕПП.

Встановлено, що при зміні моменту початку подачі у бік запізнювання середня температура циклу знижується, а температура відпрацьованих газів і зовнішньої поверхні випускної труби зростає. Це пояснюється зменшенням періоду затримки запалювання і догоранням палива на такті розширення. При надмірному збільшенні кута випередження подачі відбувається зворотне явище: середня температура циклу зростає, а температура відпрацьованих газів і зовнішньої поверхні випускної труби зменшується.

Переваги даного методу мала трудомісткість (при нагоді установки термопар в камери згоряє, тобто за наявності свічок розжарювання або спеціальних заглушок), недостаток — низька інформативність і точність у разі роботи дизеля вхолосту. Для усунення цього недоліку необхідно мати пристрій навантаження.

До параметрів робочих процесів також можна віднести вміст у відпрацьованих газах продуктів неповного згоряє (СО+Н₂) і димність газів, які визначають відповідно за допомогою газоаналізатора. Неповнота згоряє палива в більшості випадків спостерігається при несправностях і регулювання паливної апаратури і супроводжується зниженням потужності і паливної економічності двигуна.

Зважаючи на малу трудомісткість діагностики двигунів по вказаних параметрах спочатку визначають процентний вміст у відпрацьованих газах продуктів неповного згоряє або диму. Якщо значення цих параметрів виходять за межі, що допускаються, проводять поглиблену діагностику — визначають потужності і паливні показники.

2. Віброакустичні методи діагностики

Суть віброакустичних методів діагностики полягає в наступному.

Під час роботи машини рух деталей супроводжується їх зіткненнями, в результаті яких, по механізмах розповсюджуються пружні коливання. Ці коливання називають структурним шумом на відміну від повітряного шуму, порушуваного механізмами в навколишньому середовищі. У міру зношування механізмів або зрій виникненні в них яких-небудь дефектів порушуються запроектовані кінематичні зв’язки між Деталями, унаслідок чого характер шуму і вібрації змінюється. Цю властивість використовують для оцінки технічного полягання об'єктів по параметрах шуму і вібрації.

Сигнали, порушувані коливаннями працюючих механізмів, носять імпульсний характер. Енергія акустичного сигналу зростає із збільшенням зазора між деталями. Тому амплітуда віброакустичного сигналу може достатньо точно характеризувати прилягання кінематичної пари. Сигнали фіксуються вимірювальними перетворювачами, встановлюваними для цієї мети на корпусі об'єкту діагностики, причому вимірювальний перетворювач сприймає результуючі коливання, що поступають від всіх механізмів системи.

Для оцінки: кожного сполучення окремо необхідне таке розділення сигналу на складові, при якому кожна з них характеризувала б технічне полягання певного сполучення або однієї кінематичної пари.

Відомо декілька способів розділення сигналів: амплітудний, часовий і частотний.

При амплітудному розділенні в одержуваній амплітуді вібрацій необхідно знати співвідношення корисного сигналу, що йде від сполучення або кінематичної пари, що цікавить нас, і сигналів перешкод, що поступають від інших сполучень системи. Чим більше відношення величини корисного сигналу до значень сигналів перешкод, тим точніше результат вимірювання. З цією метою вимірювальний перетворювач встановлюють в тому місці, де амплітуда корисного сигналу виходить найбільшою.

При тимчасовому розділенні сигналів системи виходять з положення, що їх поява різна за часом. Наприклад, сигнали, що виникають у верхній і нижній головках шатуна, чергують в строгій послідовності з певними проміжками часу між ними, обумовленими кінематикою вказаного механізму і частотою обертання колінчастого валу.

Для частотного розділення сигналів необхідно знати частоту або період проходження кожного з них. Частоти імпульсів від зіткнень різних елементів, як правило, відрізняються один від одного. Наприклад, енергія коливального процесу від зміни положення поршня в циліндрі біля дизеля СМД знаходиться в діапазоні 500…4000 Гц, а енергія від ударів поршневих кілець об канавки поршня — в діапазоні 10 000…14 000ГЦ.

Розкладання складного коливання на його складові називають спектральним розкладанням, або спектральним аналізом. Єство його полягає в тому, що із загального коливального процесу, породжуваного всіма елементами системи, по черзі виділяються смуги спектрів коливань з подальшим визначенням енергії вібрації в кожній виділеній смузі. Розкладання складного коливання на складові проводиться за допомогою електронної апаратури — аналізаторів спектру.

Як приймачі вібрацій звичайно використовують п'єзоелектричні перетворювачі прискорень, що перетворюють механічні коливання сполучень системи: в електричні сигнали. Перетворення засновано на появі електричних зарядів на гранях деяких кристалічних тіл при дії на них механічних сил. До таких тіл відносяться кристали кварцу SiO₂ сегнетовой солі NaKC₄H₄O₆^.4H₂O, дигидрофосфата амонія NН₄Н₂PO_4, а також керамічні сплави, зокрема титанат барію ВаТiO₃ і ін.

Тимчасове розділення сигналів називають стробує. Стробатор — прилад, проникний через себе сигнал тільки в певні проміжки часу. Сигнали, що йдуть зовні цих проміжків, пригнічують При такому розділенні сигналів корисний сигнал з перетворювача прискорення вібрації подається на підсилювач, звідки поступає в стробатор, а потім в реєструючий пристрій. Стробатор забезпечує підключення підсилювача до реєструючого пристрою в певні моменти часу, які відлічують щодо якої-небудь опорної події, що відбувається в механізмі, наприклад щодо моменту досягнення поршнем верхньої мертвої крапки.

Після кожного зіткнення деталей збуджуються пружні коливання, які в більшості випадків не встигають затухати до нового зіткнення, тому сигнали накладаються один на одного в часі, і стробатор не може їх розділити. Проте він дозволяє істотно підвищити частку енергії корисного сигналу, даної кінематичної пари.

Приблизно оцінювати полягання системи можна по зміряних в окремих її крапках загальних рівнях вібрацій в частках прискорення сили тяжкості g (9,8 м/с8) або в децибелах (дБ). Для вимірювання загального рівня вібрації застосовують п'єзоелектричного вимірника прискорень ПІУ з п'єзоелектричним перетворювачем прискорень ПДУ або ІС. Шкала приладу проградуйована в частках g. Для запису загальних рівнів вібрації в часі до приладу ПІУ підключають осцилограф.

Для оцінки технічного полягання окремих сполучень системи по вібраційних коливаннях необхідно провести спектральний аналіз цих коливань, що дозволяє виявити їх причини, а також визначити, в яких діапазонах частот змінюється енергія вібрації залежно від параметрів полягання сполучення, що перевіряється.

Оцінювати технічне полягання окремих сполучень по вібраційних характеристиках можна за допомогою комплексу електронних приладів, сполучених в загальну блок-схему.

Як приклад на рис. 14.1 показаний один з найпростіших варіантів блок-схеми електронних приладів для спектрального аналізу вібрацій. Механічні коливання, сприймані вимірювальним перетворювачем прискорень ІП, перетворяться в електричний сигнал, який посилюється підсилювачем і поступає на вхід аналізатора. Останнім по черзі виділяються гармоніки (складові) коливань в досліджуваній смузі частот і у вигляді напруги, одержуваної на виході, подаються на вхід квадратора, який на виході дає значення енергії (квадрата напруги) виділеної смуги спектру. Сигнал від квадратора подається на вхід інтегратора, що дає на виході середню потужність вібрацій досліджуваного діапазону хвиль за певний проміжок часу. Вказана потужність визначається за шкалою вимірювального при бору И. При підключенні до виходу підсилювача електронно-променевого осцилографа можна візуально спостерігати і контролювати коливальний процес.

Рис. 14.1. Блок-схема електронних приладів для спектрального аналізу вібрацій (ИП— вимірювальний перетворювач, И—вимірний прилад).

До апаратури для аналізу вібрацій пред’являються високі вимоги: дотримання заданого температурного режиму роботи апаратури, надійна екранізація сполучних кабелів від перешкод, стабільність характеристик блок-схеми в часі і їх лінійність на всьому діапазоні частот, швидкий прогрів апаратури до робочих режимів і ін. Технічне полягання складових частин машини по віброакустичних параметрах слід перевіряти на таких режимах роботи, при яких характеристики процесів виявлялися б в найчистішому вигляді, з якнайменшим впливом перешкод з боку сполучень, що не перевіряються. Наприклад, для зменшення сигналів перешкод при контролі полягання деталей кривошипно-шатунного механізму в якому-небудь циліндрі рекомендується на час перевірки вимкнуть з роботи сусідні циліндри.

Як показує аналіз науково-дослідні робіт, методи віброакустичних діагностики дотепер остаточно не розроблені. Складність тут полягає у відсутності, надійних методів розділення корисних сигналів і сигналів перешкод, породжуваних різними сполученнями контрольованої системи. В цьому напрямі ще належить провести теоретичні експериментальні дослідження.

3. Методи оцінки якості нафтопродуктів

Надійність і довговічність сільськогосподарського техніка значною мірою залежить від якості нафтопродуктів продуктів. При недбалому транспортуванні і зберіганні нафтопродуктів в них потрапляють вода і механічні домішки, які, стикаючись з поверхнями, що труть, приводять до передчасного виходу з ладу складових частин машин.

Присутність води і механічних домішок в дизельному паливі викликає передчасний знос і вихід з ладу прецизійних пар паливного насоса і форсунок, зниження подачі палива, зміну моменту початку подачі у бік запізнювання, погіршення якості розпилювання палива. Все це порушує процес отримання палива, знижує потужність і паливну економічність дизеля. При температурі палива нижче 0° З частинки води, що знаходяться в ньому, замерзають і у вигляді дрібних шматочків льоду забивають паливопроводи, утрудняючи пуск дизеля в зимовий час.

Механічні домішки, що містяться в маслах і консистентних мастилах, абразивно діють на поверхні, що труть, викликаючи посилене їх зношування і передчасний вихід з ладу. За наявності води в маслах і мастилах поверхні, що труть, піддаються корозії.

Щоб уникнути небажаних явищ, під час вступу палива, масел і мастил в господарство необхідно перевіряти їх якість за допомогою переносних лабораторій ПЛ-2М і РЛ або шляхом зовнішнього огляду, фільтрування, підігріву.

Наявність в паливі або маслі механічних домішок можна визначити фільтруванням або боронінням узятої проби. При перевірці фільтруванням в чистий скляний посуд заливають стакан нафтопродукту, що перевіряється. В дизельне паливо додають 1…1.5 стакани, а в масло — 2…3 стакани чистого бензину, суміш збовтують і пропускають через паперовий, або матерчатий фільтр. Потім фільтр ретельно промивають чистим бензином і просушують протягом 10…15 мін. Якщо паливо плі масло чисте, то на фільтрі залишається ледве помітна жовта пляма. Якщо ж в нафтопродукті є механічні домішки, то пляма буде темною. Чим брудніше нафтопродукт, тим темніше пляма на фільтрі.

Механічні домішки в бензині виявляються шляхом відстою проби в чистому прозорому посуді протягом 1,5…2 ч або по плямі після висихання бензину, налитого на папір або скло.

Механічні принісши в солідолі знаходять розтиранням невеликої порції солідолу між пальцями.

Щоб визначити, чи є вода в дизельному паливі або бензині, узяту пробу наливають в чисту я сухий скляний посуд і збовтують. Паливо, що містить воду, каламутніє, а після 1…2 ч бороніння на дні посуду з’являються краплі води. Якщо паливо залито в резервуар, то для перевірки декілька кристалів марганцевокислого калія зав’язують в марлю і, прикріпивши до лота, опускають на дно резервуару. За наявності в паливі води марля забарвиться в рожево-фіолетовий колір.

Щоб переконатися, чи немає води в маслі, невелику порцію масла наливають в чисту пробірку на ¹/₃ об'єму. Потім пробу поволі нагрівають на гасниці або спиртному пальнику. Масло, що містить воду, при температурі 100^о. Зі спінення, а на холодній частині пробірки збираються крапля вологи.

Описаними способами проводять вхідний контроль нафтопродуктів. Ними також можна користуватися для оцінки якості масла, що використовується.

Більш точно вміст води в маслі можна знайти за допомогою приладу ІКС-29.

Н. М. Хмелевим запропонований спосіб оцінки якості моторного масла, що використовується, який заснований на визначенні змісту присадки і механічних домішок в пробі масла, що наноситься на фільтрувальний папір, але характеру розподілу компонентів і кольору ядра. Пробу масла беруть за допомогою масломірної лінійки при працюючому дизелі я наносять її по одній краплі в 3…4 місцях на фільтрувальний папір, укладений на спеціальне пристосування, яке складається з прозорого диска з розподілами, кришки і корпуси. Потім встановлюють пристосування горизонтально на яку-небудь нагріту поверхню, наприклад верхній бак радіатора.

Через 10 хв. знімають пристосування з нагрітої поверхні і, користуючись розподілами, нанесеними на його склі, вимірюють діаметри плями, концентричних кілець я ядра. Вміст присадки знаходять шляхом розподілу діаметру масляної плями на діаметр внутрішнього кільця, а вміст механічних примисій—ділення діаметру внутрішнього кільця на діаметр ядра. Чим більше значення одержаних коефіцієнтів я чим темніше колір ядра, тим гірше якість масла.

Описаний спосіб оцінки якості моторного масла є орієнтовним, оскільки результати аналізу проби залежать від в’язкості масла, температури поверхні нагріву і інших чинників.

4. Метод спектрографії визначення змісту продуктів зносу в маслі

Метод спектрографії в нашій країні і за рубежем одержує все більш широке вживання для технічної діагностики машин. Він заснований на визначенні змісту продуктів зносу в пробі масла шляхом розкладання на окремі спектри їх випромінювань, що відбуваються під дією дуги вольта. Спектри фотографують і потім розшифровують одержані спектрограми або обробляють за допомогою рахунково-вирішальних пристроїв.

Метод спектрографії дозволяє визначати в маслах вміст будь-яких елементів, вживаних в машинобудуванні. Час аналізу однієї проби в сучасних автоматизованих установках триває 3…4 хв. Таку установку можуть обслуговувати 1.2 люди.

Метод спектрографії виконується по двох варіантах; 1) з озоленням проби масла і подальшим визначенням вмісту в ньому продуктів зносу але складу золи; 2) безпосереднім аналізом рідкої проби.

У першому випадку навішування масла в 5… 10 г озоляють спалюванням, а потім залишок прожарюють в муфельній печі при температурі 600…800°С до повного видалення сажі. Одержану золу змішують з трьома або більш частинами маси порошкоподібного графіту і фтористого літію; потім ретельно розтирають суміш в агатовій ступці в заповнюють нею кратер, що є в нижньому електроді генераторної установки.

При включенні генератора між верхнім в нижнім електродами виникає вольтова дуга. Внаслідок цього вміст кратера випаровується, створюючи свічення, яке спочатку прямує в спектральний прилад, а потім в реєструюче пристрій.

Для кількісної оцінки концентрації визначуваних елементів готують еталони з окислю таких же елементів, розбавляючи їх порошком графіту у фтористого літію в певній пропорції.

При озоленні проб досягається висока точність і універсальність діагностики. Такий спосіб набув широке поширення при стендових випробуваннях зносу двигунів, але унаслідок великої трудомісткості і складності попередньої обробки проб не застосовується для діагностики в умовах експлуатації.

У даний час все більше розповсюдження знаходить безпосередній спектральний аналіз масел (без озолення проб), що дозволяє значно спростити і прискорити процес. При цьому найперспективнішим вважається аналіз з використанням дискового електроду. Обертаючись з частотою 0,07…0,1 с^-1, електрод 5 захоплює масляну плівку і рівномірно подає її в дуговий розряд. Вживання як збудник дуги змінного струму і достатньо високої напруги дозволяє наблизити точність цього способу до точності способу озолення і забезпечує визначення в маслі концентрацій елементів до 10^-4 %

Для упровадження методу спектрографії створюються спеціалізовані лабораторії. Основним технологічним устаткуванням такої лабораторії є фотоелектрична установка МФС, описана в попередньому розділі. Лабораторія укомплектовується; необхідним допоміжним устаткуванням і матеріалами.

Діагностика складових частин машин методом спектрографії включає наступні етапи робіт: відбір і доставку проб масла, а лабораторію, підготовку їх до аналізу, спектральний аналіз масла, обробку, результатів аналізу, постановку діагнозу і прийнята відповідного рішення.

За наслідками аналізів будують графіки залежності інтенсивності зношування об'єктів діагностики від напрацювання. При різкому наростанні зносу в основних сполученнях дається вказівка про постановку м шини на ремонт.

Спектральний аналіз масла дозволяє визначали технічне полягання повітряного тракту впускання і очисника повітря за змістом в картерному маслі кремнію. Різке збільшення концентрації кремнію в маслі свідчить про попадання в двигун пилу унаслідок порушення ущільнень в тракті впускання або граничного забруднення очисника повітря.

Сучасні автоматизовані установки спектрографій розраховані на масове обслуговування машин, що працюють в найрізноманітніших умовах при правильній організації спектрального аналізу масел установка спектрографії окупається протягом 4.6 місяців за рахунок своєчасного попередження відмов і значного збільшення міжремонтного терміну служби агрегатів машин.

До недоліків методу спектрографії слід віднести порівняно невисоку точність і трудність роздільної оцінки полягання сполучень (деталей) однакового хімічного складу, що труться. Погрішність методу складає ±10…15%.

Точність методу можна підвищити шляхом збільшення міжконтрольних термінів відбору проб масел. Наприклад, моторне масло тракторів замінюють, як правило, при ТО-2. Отже, проби рекомендується відбирати у вказані терміни. Збільшення термінів роботи масел між спектральними аналізами може спричинити за собою зниження надійності об'єктів діагностики унаслідок невчасної постановки діагнозу.

У зв’язку з цим метод спектрографії рекомендується застосовувати для попередньої еспрес-оцінки технічного полягання об'єктів діагностики, а для остаточної постановки діагнозу користуватися більш точними методами. Наприклад, якщо аналізом спектрографії встановлено надмірне збільшення концентрації продуктів зносу в моторному маслі (особливо заліза, хрому, міді, алюмінію, олова), то слід додатково іншими методами перевірити прилягання циліндропоршневої групи і зазори в сполученнях кривошипно-шатунного механізму.

Використана література

1. Говорущенко Н. Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. -М.: Транспорт, 1990.-133с.

2. Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова.-4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1984. — 383 с.

3. Колчин А. Й., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. й доп. — М.: Высш. школа, 1980. — 400 с., ил.

4. ДСТУ 4276:2004″ Норми і методи вимірювань димності відпрацьованих газів автомобілів з дизелями або газодизелями" .