Файл: Балякин, О. К. Технология и организация судоремонта учеб. пособие.pdf

Взаимосвязь структурных и выходных параметров двигателя позволяет при определенных условиях принимать выходные па­ раметры за косвенные показатели (симптомы) неисправного тех­ нического состояния узла, системы или навешенного агрегата дви­ гателя без его разборки, так как выходные параметры можно наблюдать и замерять извне.

Для того чтобы выходной параметр мог стать диагностическим показателем, он должен обладать:

однозначностью, т. е. каждому значению структурного пара­ метра должно соответствовать только одно, вполне определенное значение выходного параметра;

широтой поля изменения, т. е. выходной параметр должен иметь возможно большее относительное изменение при заданном абсолютном изменении структурного параметра;

доступностью и удобством измерения.

Кроме того, каждый показатель (или их группа) должен об­ ладать возможно большей информационной емкостью. Чем больше информационная емкость, тем показатель (или группа показате­ лей) точнее и определенней укажет на неисправность.

Например, информационная емкость таких показателей, как снижение мощности двигателя или повышение им расхода топ­ лива, относительно невелика, так как не указывает на определен­ ную неисправность. Действительно, оба эти симптома могут по­ явиться и при износе ЦПГ, и при нарушении установки угла опе­ режения впрыска топлива, и при разрегулировании топливоподаю­ щей системы.

Такой же показатель, как стук подшипника, точно локализо­ ванный по месту возникновения, указывает на конкретную не­ исправность (увеличенный зазор) и поэтому имеет максимальную информационную емкость.

Диагностирование является важным элементом системы ТО двигателя. Поэтому одним из основных вопросов рациональной организации технического диагностирования является обоснование и выбор оптимальной периодичности его проведения. При этом следует исходить из условий обеспечения наибольшей надежно­ сти и технической готовности двигателя.

Различают две системы диагностирования двигателей:

с постоянной периодичностью, не изменяющейся в течение всего срока эксплуатации двигателя; если произошли отказы между диагностированиями, то проводят необходимый текущий ремонт; профилактическое обслуживание в объеме, выявленном при диагностировании (после некоторого безотказного периода рабо.- ты двигателя, величина которого зависит от интенсивности отка­ зов, с выполнением необходимого текущего ремонта между диаг­

ностированиями).

Наиболее перспективна вторая система, которая позволяет учи­ тывать возраст механизма и уровень его надежности.

Диагностирование двигателя внутреннего сгорания представля­ ет собой определенную сложность из-за разнообразия выходных

122

процессов (физических и химических) при взаимодействии двига­ теля с внешней средой. Например, техническое состояние ЦПГ ха­ рактеризуется уровнем шума и вибрации, изменением температу­ ры отработавших газов, угаром масла и т. д.

Между системами и механизмами двигателя существует взаи­ мосвязь, заключающаяся в том, что на параметры диагностируе­ мой системы, помимо ее технического состояния, прямо или кос­ венно влияют многие элементы других систем и механизмов, так­ же взаимодействующих между собой в процессе работы. Поэтому для объективной оценки технического состояния любой системы или механизма диагностирование необходимо проводить в опре­ деленной последовательности, применяя метод исключения.

Когда неисправность не является очевидной и ее поиск связан со сравнительно большой потерей времени, рекомендуется следую­ щий порядок проведения диагностических работ:

ЦПГ (зазор между поршнем и цилиндром); механизм поршневого движения (зазоры в подшипниках);

механизм газораспределения (зазор между клапаном и коро­ мыслом) ;

топливная аппаратура (давление впрыска топлива); газотурбонагнетатель (зазоры в подшипниках).

Для определения технического состояния двигателя и его ос­ новных систем и механизмов используют методы диагностирова­ ния, основанные на: индицировании двигателя, определении его мощности и расхода топлива; методе симплекса Си; виброакустических методах; спектральном анализе масла.

Диагностирование, основанное на индицировании двигателя, определении его мощности и расхода топлива. Этот метод позво­ ляет своевременно выявить и устранить нарушение регулирования системы топливоподачи, которое приводит к существенным нару­ шениям протекания рабочего цикла в цилиндре двигателя. В ре­ зультате понижаются не только мощностные показатели, но зна­ чительно возрастает износ основных деталей.

Установлено, что при увеличенной цикловой подаче топлива и нарушении установочного значения угла опережения начала пода­ чи топлива износ деталей ЦПГ может возрасти в 1,5—1,7 раза против его нормальной величины. Это подтверждает необходимость периодического контроля за рабочим процессом двигателя.

На основе индицирования двигателя и измерения расхода топ­ лива одновременно с мощностными показателями определяют и оценивают показатели, влияющие на долговечность двигателя (максимальное давление сгорания, скорость нарастания давления, температурные характеристики цикла и др.).

Характер индикаторной диаграммы позволяет сделать оператив­ ное заключение о характере протекания и отклонениях рабочего процесса в цилиндрах двигателя.

По определенным показателям оценивают техническое состоя­ ние двигателя и намечают мероприятия по устранению его неис­ правностей и регулированию.

123

Диагностирование по симплексу Си. Для приближенной оценки общего технического состояния тихоходных судовых двигателей (6ДКРН 74/160-2, 6ИД76 и др.) специалисты Одесского высшего инженерного морского училища (руководитель канд. техн. наук Л. Л. Грицай) предложили использовать наряду с комплексом по­ казателей, характеризующих протекание рабочего процесса, симплекс Си.

Симплекс Си определяют по выражению

—_____Е±_____

где рс— давление сжатия, кгс/см2;

tBSvit's — замеренные температуры выпускных газов и продувоч­ ного воздуха, °С;

ts — температура продувочного воздуха при стендовых испы­ таниях, принятая за номинальную, °С.

Врезультате износа деталей и отложения продуктов сгорания

впроцессе эксплуатации величина Си имеет тенденцию к посте­ пенному снижению.

Определив текущее значение Си и зная его номинальное зна­ чение, подсчитывают коэффициент технического состояния двига­ теля по формуле

где ДСи— отклонение симплекса Си от его номинального значения; 8— максимально допустимое отклонение Си (поле допуска).

Номинальное значение Си для каждого двигателя устанавли­ вают по результатам стендовых, ходовых или теплотехнических испытаний. Предельно допустимое значение Си устанавливают по каждому типу двигателя на основе анализа двигателей, требую­ щих капитального ремонта.

По имеющимся неполным данным предельно допустимое от­ клонение Си составляет ориентировочно 25—30% номинального значения.

Диагностирование, основанное на виброакустических методах.

До сих пор в практике эксплуатации и судоремонта используют метод оценки технического состояния судовых механизмов, в част­ ности двигателей внутреннего сгорания, по шуму, на слух. Для этой цели применяют несложные приспособления и приборы (сте­ тоскопы, виброметры и т. д.). По оттенкам и уровню шума раз­ личной частоты, вызываемым вибрацией узлов и деталей, опыт­ ный механик может определить правильность регулирования топ­ ливного насоса, форсунок, газораспределительного механизма, не­ исправности в кривошипно-шатунном механизме и т. д.

Однако, оценка технического состояния механизма на слух но­ сит субъективный характер и часто приводит к ошибкам.

В последнее время применяют виброакустическую диагности­ ку с использованием специальной аппаратуры и приборов.

124

Дело в том, что все физические процессы, протекающие в ме­ ханизмах, сопровождаются колебаниями, вибрациями. В двигателе внутреннего сгорания вибрации возникают в кривошипно-шатун­ ном механизме, топливовпрыскивающей системе, клапаннораспре­ делительном механизме (в процессе сгорания, впуска и выпуска), а также навешенных механизмах и приводах.

Наиболее важными с точки зрения виброакустической диагно­ стики являются упругие колебания от ударов сопряженных дета­ лей. Переменные нагрузки при наличии между сопряжениями за­ зоров приводят к ударам деталей друг о друга, что вызывает вибрацию деталей, узлов и всего двигателя. Интенсивность вибра­ ции зависит прежде всего от динамики сил, приложенных к де­ талям, и величины импульсов, способствующих образованию ме­ ханических ударов.

Уровень и характер вибрации работающего двигателя являет­ ся важным показателем состояния его узлов и деталей и служит обобщающей характеристикой их динамических свойств.

Исследованиями установлено, что энергия вибрации, вызван­ ная ударами сопряженных деталей, примерно равна кинетической энергии в момент удара.

Энергия вибрации, вызванная, например, перекладкой поршня цилиндра бескрейцкопфного двигателя около в. м. т., может быть выражена уравнением

т — масса ударяющей детали, кг; 5 — зазор между поршнем и втулкой цилиндра, мм;

PTj— сила, действующая на поршень по оси цилиндра, кгс; X— отношение радиуса мотыля к длине шатуна.

Для одного типоразмера двигателя и определенного установив­ шегося режима работы уравнение можно представить в виде

o ( w ) t = B S 'u,

Аналогичными уравнениями можно выразить энергию вибра­ ции и других узлов двигателя (узлов газораспределительного ме­ ханизма, подшипниковых узлов и т. д.).

Теоретический анализ показывает, что при работе двигателя с увеличением зазоров в сопряжениях деталей возрастает интен­ сивность ударов и соответственно энергия вибрации. На рис. 30 показаны энергетические спектры ускорения вибрации блока дви­ гателя внутреннего сгорания с предельным 1 (0,61 мм) и нормаль­ ным 2 (0,19 мм) зазорами между поршнем и втулкой.

Таким образом, выделяя спектр колебания соответствующей де­ тали исследуемого узла и замеряя энергию вибрации, по ее вели­ чине можно определить величину зазора в сопряжении (например, между поршнем и втулкой цилиндра, подшипниках шатуна и ко­

125

может быть также использован для диагностики топливоподающей системы высокого давления.

Рис. 31. Блок-схема прибора для диагностирования двигателя по вибрационным показателям

В соответствии с проверяемым сопряжением включается один из трех фильтров и выделяется активная полоса частот, несущая основную информацию о техническом состоянии сопряжения. Пос­ ле фильтрации сигнал усиливается вторичным каскадом усиле­ ния 7 и поступает на вход интегрирующего устройства 8, которое усредняет процесс за время Т. По шкале индикатора 9, градуиро­ ванной в милливаттах, определяют мощность сигнала, характери­ зующего величину энергии вибрации блока в районе установки датчика 1.

Имея переходную таблицу или тарировочный график, можно по показаниям шкалы индикатора определить величину зазора в проверяемом сопряжении.

126