способ контроля степени износа деталей двигателя, работающих в присутствии смазочного материала

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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
№ цилиндра	Пояс обмера
	1	2	3	4	5	6
	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу
1	207,05	,02	,02	,01	,05	,03	,04	,04	,03	,03	,05	,03
2	207,05	,05	,05	,05	,05	,05	,04	,04	,02	,03	,04	,03
3	207,05	,05	,04	,03	,02	,04	,03	,04	,05	,05	,05	,03
4	207,02	,03	,02	,00	,04	,04	,05	,05	,04	,05	,03	,05
5	207,05	,05	,02	,03	,05	,04	,05	,02	,04	,02	,03	,03
6	207,03	,05	,02	,04	,04	,05	,04	,03	,05	,02	,03	,03
7	207,03	,03	,02	,02	,04	,05	,05	,05	,03	,02	,00	,02
8	207,03	,04	,01	,02	,04	,05	,03	,05	,01	,05	,02	,00
9	207,03	,04	,01	,01	,04	,05	,05	,05	,03	,04	,04	,01
10	207,03	,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
№ цилиндра	Пояс обмера
	1	2	3	4	5	6
	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	207,10	,08	,21	,18	,18	,15	,19	,12	,20	,08	,10	,07
2	207,10	,10	,113	,17	,18	,11	,19	,15	,20	,06	,13	,08
3	207,08	,10	,20	,15	,12	,07	,11	,05	,21	,05	,08	,10
4	207,08	,10	,13	,16	,15	,12	,10	,12	,19	,10	,09	,10
5	207,10	,12	,21	,20	,21	,16	,20	,13	,20	,10	,05	,12
6	207,06	,10	,23	,19	,20	,15	,20	,19	,20	,09	,08	,10
7	207,05	,06	,19	,18	,16	,12	,18	,17	,20	,09	,08	,10
8	207,03	,05	,24	,14	,23	,18	,12	,10	,20	,05	,06	,08
9	207,05	,05	,22	,20	,18	,20	,18	,14	,18	,08	,10	,06
10	207,10	,08	,23	,18	,18	,15	,19	,12	,18	,08	,10	,07

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

Таблица 3
№ цилиндра	Пояс обмера
	1	2	3	4	5	6
	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу	По валу	По ходу
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	0,05	,06	,19	,17	,13	,12	,15	,08	,16	,05	,05	,04
2	0,05	,05	,08	,12	,13	,06	,15	,11	,18	,03	,09	,05
3	0,03	,05	,16	,12	,10	,03	,08	,01	,16	,00	,03	,07
4	0,06	,07	,11	,16	,11	,08	,05	,07	,15	,05	,06	,05
5	0,05	,07	,19	,17	,16	,12	,15	,11	,16	,08	,02	,09

Продолжение табл.3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
6	0,03	,05	,21	,15	,17	,10	,16	,16	,15	,10	,11	,08
7	0,02	,03	,17	,16	,12	,07	,13	,12	,17	,07	,08	,08
8	0,00	,01	,23	,12	,19	,13	,09	,05	,19	,00	,04	,08
9	0,02	,01	,21	,19	,14	,15	,13	,09	,15	,04	,06	,05
10	0,07	,03	,22	,16	,13	,11	,14	,07	,15	,06	,09	,05
Среднее значение	0,038	,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 4
Концентрация железа, г/т	0	0	11	10	15	26	20	7	53	8
Наработка, тыс. км	7,6	16,2	24,5	32,0	40,3	48,0	57,4	66,3	75,9	84,1
Количество долива, т	0	0	0	0,48	0,48	0,21	0,59	0,71	0,57	0,64

Продолжение табл.4
Концентрация железа, г/т	7	7	12	10	20	10	9	4	16	7
Наработка, тыс. км	92,2	101,0	109,3	116,6	122,7	131,1	138,5	147,7	158,3	166,2
Количество долива, т	0,66	0,35	0,50	0,113	0,18	0,18	0,22	0,46	0,28	0,47

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.