CC BY
68
УДК 621.43+621.822.17 С.С. Куков, А.В. Гриценко
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ КОРЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ПО ПАРАМЕТРАМ ДАВЛЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ МАСЛЯНОЙ МАГИСТРАЛИ
В статье представлены новый способ диагностирования коренных подшипников двигателей внутреннего сгорания и результаты экспериментальных исследований, которые могут быть использованы при диагностировании технического состояния двигателей внутреннего сгорания.
Ключевые слова: двигатель, подшипники, диагностика, техническое состояние.
S.S. Kukov, A.V. Gritsenko
DIAGNOSING THE CRANKGEAR BASE BEARING ACCORDING TO THE CENTRAL OIL LINE PREASURE
The new method of diagnosing the base bearing in the internal-combustion engines and the results of the experimental research which can be used for diagnosing the technical condition of the internal-combustion engines are given in the article.
Key words: engine, bearing, diagnosing, technical condition.
В настоящее время особую актуальность приобретает проблема повышения ресурса и эксплуатационной надежности двигателей, а также снижение затрат на проведение их технического обслуживания и ремонта за счет диагностирования тех систем и механизмов, которые дают наибольшее число отказов. К числу последних следует отнести подшипники кривошипно-шатунного механизма (КШМ), на долю которых, по данным
Н.Я. Говорущенко, приходится 13 % отказов двигателя, а по данным А.А. Гафиятуллина - до 30 % отказов [1, 2].
Между тем подшипники КШМ в условиях эксплуатации диагностируются недостаточно полно, а информация, получаемая при этом, имеет низкую достоверность [1, 2]. Данное обстоятельство объясняется несовершенством способов и средств диагностирования коренных подшипников КШМ, а также неопределенностью связей между структурными и диагностическими параметрами. В связи с этим предложен новый способ диагностирования технического состояния коренных подшипников КШМ, защищенный патентом на изобретение [3].
При разработке предлагаемого способа исходили из того, что для диагностирования коренных подшипников КШМ наиболее информативным является сигнал давления в центральной масляной магистрали. Неопределенность связей между структурными и диагностическими параметрами можно устранить за счет введения критерия оценки диагностических параметров - разность минимальных амплитуд давления.
Для обоснования предлагаемого критерия рассмотрим диаграмму сил, действующих на коренную шейку коленчатого вала в процессе работы двигателя внутреннего сгорания (рис. 1):
+ Р,Н
Рис. 1. Диаграмма изменения сил, действующих на коленчатый вал:
Рг - сила, возникающая от сгорания поршневых газов, Н; Р. - сила инерции вращающихся масс, Н;
Р - суммарная сила, Н
Из диаграммы видно, что в момент сгорания топлива возникает разность между силой от сгорания поршневых газов Рг и силой инерции вращающихся масс Р ., отражающаяся в суммарной силе Р, которая направлена к оси коленчатого вала.
При воздействии суммарной силы Р на вал последний займет максимально удаленное положение от маслоподающих отверстий, то есть ближе к нижнему вкладышу (рис. 2, а). Такое изменение положения коленчатого вала приведет к повышенному расходу масла через подшипник, а амплитуда давления в центральной масляной магистрали в этот момент снизится, причем снижение амплитуды давления будет пропорционально изменившемуся зазору.
а б
Рис. 2.. Положение коренной шейки коленчатого вала в момент воздействия максимальной силы от сгорания поршневых газов (а) и при ее отсутствии (б): Рг - газовая составляющая (нагрузка), Н;
0 и ^ - расход масла в 1 и 2 маслоподводящие отверстия, л/мин
При работе в течение последующего цикла без нагрузки шейка под действием инерционных сил сместится к верхнему вкладышу, закрывая отверстия, подводящие масло (рис. 2,б). При этом амплитуда давления в центральной масляной магистрали возрастет, а амплитуды колебания вала и изменения давления будут зависеть от величины зазора в подшипнике.
Для получения максимальной разности амплитуд давления в центральной масляной магистрали необходимо обеспечить работу цилиндра через цикл - один цикл рабочий, другой нерабочий. При этом разность амплитуд давлений двух соседних циклов принимаем по диагностическим параметром, характеризующим степень износа коренного подшипника диагностируемого цилиндра.
Для обоснования нового способа была разработана экспериментальная установка, состоящая из двигателя ЗМЗ-4062, соединенного с электродвигателем, через 4-ступенчатую коробку передач. Коробка переменных передач позволяла менять частоты вращения двигателя: 1 передача - 240 об/мин, 2 передача -480 об/мин, 3 передача - 880 об/мин, 4 передача - 1480 об/мин (рис. 3).
Рис. 3. Экспериментальная установка для испытаний двигателя ЗМЗ-4062
Для измерения давления масла в центральной масляной магистрали использовался измерительный комплекс, включающий в себя: датчик давления Д06М-3(У2) с присоединительным штуцером, выполненный
в одном корпусе с усилителем; персональный компьютер с многоканальной приставкой ШР-4М; отключа-тель электромагнитных форсунок.
Измерительный комплекс фиксировал осциллограмму, которая отражает сигнал давления в центральной масляной магистрали (канал 1-У), сигнал, подаваемый на форсунку с электронного блока управления двигателем (канал 3-У), и сигнал, подаваемый на форсунку после отключателя форсунок (канал 4-У) (рис. 4):
Рис. 4. Осциллограмма давления в центральной масляной магистрали при работе первого цилиндра (2, 3, 4 отключены)
Запись осциллограммы выполнена при условии, что первый импульс форсунки получен, при отсутствии сгорания топлива, на режиме максимального сгорания Р2 = пах, частоте вращения двигателя
п= >80 об/мин, температуре масла - Ю°С.
На осциллограмме давления в центральной масляной магистрали можно выделить минимальную амплитуду давления А на такте сгорания - точка 2, и минимальную амплитуду давления А при том же положении коленвала, но при отсутствии сгорания - точка 1. Полученная разность минимальных амплитуд в точках 2, 1 (Л2 - может являться диагностическим параметром износа первого коренного подшипника коленчатого вала.
Для выбора режима диагностирования была исследована чувствительность диагностического параметра износа коренного подшипника (Л2 - при среднем значении износа подшипника (0,12 мм) на следующих частотах вращения 240, 480,880,1480 об/мин. Результаты исследования представлены на рисунке 5. а2 -а,
кгс/см2
0,15
0,10
0,05
О
200 300 400 500 ООО 700 ООО 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 П, об/мин
Рис. 5. Зависимость разности амплитуд минимальных давлений двух соседних циклов А2- 1Х, кгс / см2, от величины оборотов двигателя п, об/мин, при работе первого цилиндра (2, 3, 4 цилиндры отключены) один цикл рабочий, следующий нерабочий (отключена электромагнитная форсунка): зазор в первом коренном подшипнике 0,12 мм, зазор в первом шатунном подшипнике 2Ш = 0,07 мм,
температура масла ім - Ю° С
Как видно на рисунке 5, разность минимальных амплитуд давления максимальна в точке с оборотами двигателя п=880 об/мин и составляет почти 0,096 кгс / см2, что говорит о максимальной разности смещений опоры под нагрузкой и без нагрузки. При увеличении оборотов более 880 об/мин значительными становятся силы инерции, а разность смещений вала под нагрузкой и без нагрузки уменьшается. При меньших значениях оборотов двигателя до 880 об/мин, уменьшается средняя величина давления, что в конечном итоге приводит к уменьшению чувствительности диагностического параметра.
Для исследования связи зазора в коренной шейке с разностью минимальных амплитуд давления А2 - ^ был проведен эксперимент, в котором устанавливались вкладыши с зазорами 0,03, 0,06, 0,09, 0,12 и 0,15 мм.
Результаты эксперимента представлены на рисунке 6.
Рис. 6. Зависимость разности минимальных амплитуд давления А2 - 11; кгс/см2, двух соседних циклов при работе первого цилиндра (2, 3, 4 отключены) через цикл (один цикл рабочий, другой нерабочий) от технического состояния первого коренного подшипника (величины зазора 2К, мм) при полностью открытой дроссельной заслонке; п=880 об/мин; зазор в первой шатунной шейке 2Ш = 0,07мм;
температура масла ^=90°С
Полученная экспериментальная зависимость, отражающая связь степени износа подшипника и разности минимальных амплитуд давления А2-А1, апроксимируется уравнением третьего порядка
где А 2
гк = 70,86 • (А2 - А,)* - .8,87 ■(А2-А1)2+ ;,93 ■(А2-А1)+ ),248,
^ - разность минимальных амплитуд давления двух соседних циклов при работе первого ци-
линдра (2, 3, 4 отключены) через цикл, один цикл рабочий, другой нерабочий; 2К - зазор в коренной шейке, мм.
Таким образом, разработан способ диагностирования двигателей внутреннего сгорания по разности минимальных амплитуд давления двух соседних циклов (цикл под нагрузкой, цикл без нагрузки), который позволяет определять техническое состояние коренных подшипников, как при очередном диагностировании двигателя, так и при любом заявочном диагностировании. Получено эмпирическое уравнение, отражающее связь степени износа коренного подшипника с разностью минимальных амплитуд давления.
Результаты исследований могут быть использованы научно-исследовательскими, ремонтными, автообслуживающими организациями при определении технического состояния коренных подшипников поршневых двигателей.
Литература
1. Говорущенко, Н.Я. Диагностика технического состояния автомобилей / Н.Я. Говорущенко. - М.: Транспорт, 1970.
2. Гафиятуллин, А.А. Обеспечение работоспособности шатунных подшипников автотракторных двигателей путем создания неразрывности масляного потока: дис. ... канд. техн. наук / А.А. Гафиятуллин. - Саратов, 2005.
3. Пат. 016662 RU G 01 М 15/00. Способ безразборной диагностики степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания / А.В. Гриценко, Д.Д. Бакайкин, С.С. Куков. - №2007115357; заявл. 10.04.07; опубл. 10.08.08.
'--------♦------------
УДК 631.56 А.А. Абидуев, Ал.А. Абидуев
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ОТ ЯЧМЕНЯ
Разработана математическая модель процесса очистки семян пшеницы от ячменя по совокупности признаков.
Ключевые слова: моделирование, семена, очистка, примеси, доход.
A.A. Abiduev, Al. A. Abiduev MODELING THE PROCESS OF WHEAT SEED SORTING FROM BARLEY
Mathematical model of the process of wheat seed sorting from barley is designed.
Key words: modeling, seeds, sorting, admixture, gain.
Подготовленные к посеву семена пшеницы в хозяйствах Забайкалья имеют низкое качество в основном по засоренности. В семенном материале содержатся семена сорных (татарская гречиха, овсюг) и других культурных растений (ячмень, овес, рожь). Из указанных примесей к трудноотделимым относятся татарская гречиха, ячмень и рожь. В данной статье рассматривается очистка семян пшеницы от ячменя.
Вариационные кривые семян пшеницы и ячменя по размерам, скорости витания и удельной массе перекрываются в той или иной степени. В меньшей степени их вариационные кривые имеют перекрытие по длине. Мелкие семена ячменя, перекрывающиеся с семенами основной культуры по длине, необходимо выделить из обрабатываемого материала перед триерованием, используя другие признаки. Н.Н. Ульрих [1] показал, что для решения в каждом конкретном случае вопроса о возможности полного разделения смеси на компоненты, в случае, когда вариационные кривые их частично перекрываются, недостаточно изучать вариации каждого признака в отдельности, а необходимо определить корреляцию признаков. Сущность предложенного им метода заключается в использовании корреляционных таблиц при выборе схемы технологического процесса очистки семян и машин для его реализации. Однако значения таблиц являются случайными величинами и качественные показатели процесса очистки семян в большинстве случаев существенно отличаются от табличных данных.
Коэффициент корреляции между толщиной и шириной, толщиной и длиной, толщиной и массой семян превышает 0,5 [2]. Исходя из этого, часть мелких семян ячменя, перекрывающаяся с семенами основной культуры по длине, может быть выделена проходом через решето с продолговатыми или круглыми отверстиями вместе с мелкими (неполноценными) семенами основной культуры. То есть, эффективная очистка семян от данной примеси возможна по совокупности признаков - толщине и длине или ширине и длине.
Обоснование рациональной схемы очистки семян от трудноотделимых примесей и параметров рабочих органов может быть осуществлено на основе математического моделирования процесса разделения компонентов зерна по совокупности признаков. Для определения поперечных размеров частиц отбирается из партии зерна 100 г семян основной культуры и 500 семян засорителя, длины - 500 г семян и 500 семян засорителя. Толщина и ширина семян определяются просеиванием навесок на наборе лабораторных решет с продолговатыми и круглыми отверстиями.
Очистка семян по длине осуществляется в триерных цилиндрах со штампованными на внутренней поверхности ячейками. Нами установлено, что размер (диаметр) ячеек триерного цилиндра должен выбираться равным 1,1-1,2-кратной максимальной длине коротких зерен зерновой смеси [3]. Поэтому при классификации семян по длине в лабораторном триере к коротким зернам условно отнесены частицы длиной до
