CC BY
25
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Матяш Юрий Иванович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Вагоны», ОмГУПС.
Тел.: +7 (960) 990-13-89.
E-mail: matiash41@mail.ru
Matyash Yuriy Ivanovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Dr. Sci. Tech., professor of the department «Cars and carriage economy», OSTU. Phone: +7 (960) 990-13-89 E-mail: matiash41@mail.ru
Гаджиев Ибрагим Азимович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Вагоны», ОмГУПС.
Тел.: +7 (923) 766-56-00.
E-mail: ibragimgadziev@gmail.com
Gadzhiev Ibragim Azimovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Graduate student of the department «Cars and carriage economy», OSTU.
Phone.: +7 (923) 766-56-00 E-mail: ibragimgadziev@gmail.com
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Матяш, Ю. И. Совершенствование устройства электропитания для бортовой системы диагностирования технического состояния грузового вагона на ходу поезда [Текст] / Ю. И. Матяш, И. А. Гаджиев// Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2018. - №1(33). - С. 48 - 55.
Matyash Y. I., Gadzhiev I. A. Development of electrical supply device for on-board system of diagnosing the technical condition railway car during movement of the train. Journal of Transsib Railway Studies, 2018, vol. 33, no 1, pp. 48 - 55 (In Russian).
УДК 629.4.083
В. А. Минаков, М. А. Сорокина
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОЧИСТКИ МОТОРНОГО МАСЛА ДИЗЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ
Аннотация. Очистка моторного масла от загрязняющих его частиц и продуктов износа деталей является неотъемлемой частью надежной эксплуатации трущихся деталей дизелей локомотивов. Наличие твердых частиц в масле ведет к абразивному износу деталей и, как следствие сокращает их ресурсопригодность. Бортовые системы очистки, применяемые на локомотивах, не способны осуществлять мелкодисперсную очистку моторного масла. Предлагается использование внешней стационарной установки центробежных очистителей, что позволит повысить эффективность очистки и осветления моторного масла на плановых видах ремонта и технического обслуживания локомотивов.
Ключевые слова: дизель, очистка моторного масла, фильтрация масла, локомотив, центробежный фильтр, абразивный износ.
Vitaliy A. Minakov, Marina A. Sorokina
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, Russian Federation
IMPROVING THE QUALITY OF PURIFICATION LOCOMOTIVE ENGINE OIL
Abstract. Cleaning of engine oil from contaminating particles and products of wear ofparts is an integral part of reliable operation of friction parts of locomotive diesels. The presence of solid particles in the oil leads to abrasive wear of the parts, and as a result reduces their resourceability. Onboard cleaning systems used on locomotives are not
able to carry out fine-dispersed cleaning of engine oil. It is proposed to use an external stationary installation of centrifugal cleaners, which will increase the efficiency of cleaning and clarification of engine oil in the planned types of repair and maintenance of locomotives.
Keywords: diesel, purification of engine oil, oil filtration, locomotive, centrifugal filter, abrasive wear.
При работе дизельного двигателя моторное масло загрязняется продуктами износа деталей, продуктами неполного сгорания и пыли. Будучи загрязненным, масло, предназначенное для отвода тепла от деталей и снижения трения, само начинает ускорять процесс изнашивания контактируемых деталей.
Проблемы износа, трения и смазки в машинах является областью трибологических исследований. Прикладными задачами таких исследований являются повышение износостойкости и управление трением за счет применения новых конструкций узлов, материалов и эксплуатационных приемов.
Процесс изнашивания происходит в форме отделения от поверхностей трения мелких частиц материала, что с течением времени приводит к изменению размеров и формы контактирующих деталей. Следует иметь в виду, что изнашивание является сложным многоуровневым процессом. Согласно ГОСТ 23.002-78 результатом изнашивания деталей является их износ [1, 2].
Скорость изнашивания определяют как отношение величины износа (объема, массы) к наработке (время, пробег): J = А Ъ^ . Также широко используется характеристика изнашивания - интенсивность изнашивания J = А ^Ь , где Ь - путь трения.
В двигателях внутреннего сгорания наблюдают три вида износа: коррозийный, контактный и абразивный. Абразивный износ наступает из-за действия твердых частиц [4].
В дизелях данный вид износа происходит при контакте трущихся деталей, разделенных масляным слоем с наличием в нем твердых частиц (рисунок 1). Эти частицы (в зависимости от размера, твердости, формы, прочности) разрушаются или вдавливаются в контролируемые детали, нарушая их геометрические размеры. Поэтому крайне важно поддерживать масло в чистом состоянии, своевременно улавливать и удалять посторонние частицы [3].
Для минимизации абразивного износа необходимо учитывать размер загрязняющих примесей и их влияние на интенсивность изнашивания деталей. Согласно результатам исследования [2] интенсивность износа деталей повышается при увеличении размера частиц абразива до тех пор, пока он не достигнет значения 30 - 40 мкм. Это объясняется тем, что частицы, попадая между трущимися поверхностями деталей, измельчаются, образуя большее количество частиц меньшего размера.
При взаимодействии трущихся деталей с абразивными частицами на их поверхности возникают царапины. Выступы абразивных частиц закруглены и могут быть помимо угла заострения охарактеризованы радиусом закругления; если отношение глубины внедрения абразивной частицы в поверхность контактируемой детали к радиусу ее закругления Ъ / г достигает определенного значения, то происходит образование стружки.
Величина критического значения Ъ / г перехода к образованию стружки зависит от величины касательного напряжения на фрикционном контакте предела текучести [4 - 6]:
Рисунок 1 -Контактируемые детали
h
r
\ _ t >
ST J
(1)
где Т - касательное напряжение;
от - предел текучести при фрикционном контакте деформируемого материала трения.
Абразивный износ возникает в условиях трения, когда более твердая шероховатая поверхность скользит по более мягкой, царапает или пропахивает ее, образуя свободные частицы. Абразивный износ может возникнуть и тогда, когда твердые частицы попадают между поверхностями фрикционной связи и изнашивают их
Так как при контакте абразивные частицы имеют слабое закрепление, происходит упругое и пластическое деформирование поверхностного слоя (рисунок 2). Это приводит к нанесению на контактируемые поверхности вибрационно-ударных царапин. Разрушительное действие определяется прочностью абразивных частиц.
а б в
Рисунок 2 - Контакт трущихся деталей при наличии абразивных частиц
Изнашивание абразивными частицами, как правило, сопровождается образованием своеобразных стружек, вытянутых углублений на разрушаемой контактируемой поверхности и усталостными эффектами.
Для определения объемного износа с небольшими нагрузками контактируемых деталей с наличием прочного и твердого абразива можно применить выражение, описанное в работе [3], мкм/ч:
, Nsd
и = к-, (2)
У ИУ0
где к - коэффициент, зависящий от абразивных свойств поверхности; N - нагрузка; 5 - путь трения; d - размер абразивных частиц; ИУо - начальная твердость металла на вдавливание.
Для тяжелонагруженных контактирующих деталей объемный износ складывается из условий абразивного износа, физико-механический свойств материалов, геометрических и кинематических параметров сопряжений [6]:
д2/3Я1/2а2'54Т
и1 =4-102
V - У2
V + У2
М
(3)
где д - концентрация абразивн^гх примесей в воздухе или смазке; Я - средний радиус абразивных частиц; О - предел прочности;
р - радиус кривизны сопрягаемых поверхностей;
у1, у2 - скорости скольжения контактирующих поверхностей;
М - физико-механические свойства материала.
Исходя из анализа формул (2) - (4) можно утверждать, что существенное влияние на интенсивность износа оказывают размеры абразивных частиц. Исследования наличия абразивных частиц в отработанном масле [5, 9] в лабораторных условиях, показали, что основная масса частиц (до 80 %) имеет размер до 20 мкм, но можно встретить отдельные частицы размером более 100 мкм (кварц, различные конгломераты и т. д.). Среднее значение размеров загрязняющих частиц в масле представлено на рисунке 3.
50 п
Рисунок 3 - Распределение загрязняющих частиц в масле
Практически на всех дизельных локомотивах применяются три типа фильтров непрерывного действия по очистке моторного масла [5, 6]:
фильтр грубой очистки (ФГО), представляющий собой пластинчато-щелевой фильтр с различным количеством секций (размер улавливающих частиц - от 100 до 150 мкм);
фильтр тонкой очистки (ФТО), его элементы изготовлены из бумаги либо войлока. Величина отсева ФТО составляет 30 - 35 мкм;
центробежный фильтр (ЦФ), где осаждение загрязняющих частиц происходит под действием поля центробежных сил, которые оседают на внутренней поверхности ротора. Величина отсева ЦФ составляет в среднем 25 мкм.
Согласно проведенному анализу бортовые средства очистки способны задержать только до 20 % загрязняющих примесей в масле [5, 7], поэтому необходимо применять дополнительные средства для очистки моторного масла.
Для повышения качества очистки и осветления моторного масла тепловоза от загрязняющих примесей (в том числе и от продуктов износа) предлагается использование внешнего стационарного устройства очистки в соответствии со схемой, представленной на рисунке 4, где для очистки масла используется промышленная центрифуга. Технические параметры центрифуги позволят достигать частоты вращения 8000 - 10000 мин-1, производительности -60 л/мин, вязкости очищаемого масла - 350 мм /с.
Стационарное устройство очистки масла от загрязняющих примесей (рисунок 4) предлагается использовать на плановых видах технического обслуживания локомотивов ТО-3. Это позволит осуществлять тонкую очистку моторного масла без дополнительного вывода локомотива из эксплуатации. Очистка моторного масла заключается в его циркуляции при помощи шестеренчатого насоса 3 через маслоподогреватель 5 и центрифугу 9, где приводом служит электродвигатель 8, после чего масло сливается обратно в картер дизеля.
У большинства локомотивов плановая смена моторного масла согласно инструкции по эксплуатации осуществляется на очередном текущем ремонте или техническом обслуживании ТО-3 через пробег не более 120 тыс. км. До достижения 120 тыс. км локомотив совершит до шести плановых технических обслуживаний ТО-3. Время на проведение ТО-3 согласно системе технического обслуживания и ремонта локомотивов ОАО «РЖД» для магистраль-
ных локомотивов составляет 12 ч, т. е. в течение данного времени возможно подключение стационарного устройства очистки к тепловозу.
4
с 5 N
6 7
О О
8
9
т
1
Рисунок 4 - Схема подключения промышленной центрифуги к дизелю:
1 - дизель; 2, 8 - электродвигатели; 3 - масляный насос; 4 - датчик давления; 5 - маслоподогреватель;
6 - датчик температуры; 7 - датчик давления; 9 - центрифуга
Для очистки моторного масла от мелкодисперсных загрязняющих примесей центрифуга должна отвечать требуемым техническим характеристикам. Эффективность работы устройства центробежной очистки масла складывается из показателей полноты отсева с учетом оптимальных параметров частоты оборотов ротора, и числа осветления масла.
Полнота отсева (коэффициент отсева) представляет собой отношение площади сечения зоны потока к площади полного потока с учетом коэффициента разделяемости смеси [8, 10]:
= йУЛРр(^ -гр)2
збта
ф
(4)
где Qp - объемный расход масла, м/с;
Л - разность плотностей загрязняющих частиц и масла, Л = рх - р2 ; кр - высота ротора, м.
Яр - радиус внутренней поверхности ротора, м;
гр - внутренний радиус слоя жидкости в роторе, м;
-1
( - угловая скорость, с ; й - диаметр частиц загрязнений, мкм; т - динамическая вязкость масла, Па- с.
При определении оптимального числа оборотов ЦФ для качественной очистки масла от загрязняющих примесей необходимо учитывать динамическую вязкость масла и отношение радиусов поверхности ротора и слоя жидкости [8, 9], мин-1:
п = 40,5
т
Лй 2т
■ ш У
(5)
где т - среднее время осаждения частиц на стенки ротора, т = (Яр - гр) / иср, с;
'ср
средняя скорость движения частиц в роторе.
Эффективную работоспособность центрифуги можно оценить числом осветления, которые характеризует способность центрифуги полностью очищать (осветлять) жидкость за определенный период времени [5], см/с;
г
р
в =
20, *
п• И, • (К2 -гс2)• ш2
К - Гс К + Гс
где 0р - производительность центрифуги, м /ч; * - ускорение силы тяжести, м/с2.
В соответствии с формулами (4) - (6) получена зависимость отношения числа оборотов центрифуги к диаметру частиц в масле (см. рисунок 4).
ад
м
од
ш/у
// / / аш
НИ!
щи ^
Л)
41>
ад
а
Рисунок 5 - Изменение коэффициента отсева в зависимости от диаметра частиц: ^ - 9 Па- с; |х2 - 10 Па-с; ^з - 11 Па- с; - 12 Па-с; - 13 Па- с; - 14 Па-с
Рисунок 6 - Изменение коэффициента отсева в зависимости от частоты оборотов ЦФ: щ - 4000 мин-1; п2 - 4500 мин-1; п3 - 5000 мин-1; п4 - 5500 мин-1; п5 - 6000 мин-1; п6 - 6500 мин-1
Рисунок 7 - Отношение числа оборотов центрифуги к диаметру частиц в масле: т1 - 50 с; т2 - 20 с; т3 - 10 с; т4 - 5 с; т5 - 3 с; т6 - 1 с; т7 - 0,5 с
Описанная методика расчета, позволяет определить оптимальные параметры работы центрифуги, необходимые для условий по очистки моторного масла от загрязняющих примесей. Предложенный метод использования СУО позволит повысить эффективность очистке и осветления масла без вывода локомотива на неплановый простой. Это будет способствовать увеличению ресурса деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма и увеличению срока старения моторного масла, что приводит к экономии затрат на ремонт, снижению количества смен моторного масла по браковочным показателям и простоя локомотивов.
Список литературы
1. Киселев, В. И. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов [Текст]: Учебник / В. И. Киселев / УМЦ ЖДТ. - М., 2007. - 558 с.
2. Овчаренко, С. М. Моделирование процесса накопления продуктов износа в моторном масле тепловозного дизеля Д49 [Текст] / С. М. Овчаренко, В. А. Минаков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2014. - № 3(19). - С. 31 - 36.
3. Овчаренко, С. М. Повышение эффективности системы диагностирования тепловозов [Текст]: Дис... докт. техн. наук: 05.22.07 / Овчаренко Сергей Михайлович. - Омск, 2007. -368 с.
4. Беркович, И. И. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник [Текст] / И. И. Беркович, Д. Г. Громаковский. Самар. гос. техн. ун-т. - Самара, 2000. - 268 с.
5. Григорьев, М. А. Очистка масел и топлива в автотракторных двигателях [Текст] / М. А. Григорьев. - М.: Машиностроение, 1970. - 271 с.
6. Крагельский, И. В. Трение, изнашивание и смазка: Справочник [Текст] / И. В. Крагельский. - М.: Машиностроение, 1978. - 400 с.
7. Стребков, С. В. Применение топлива, смазочных материалов и технических жидкостей в агропромышленном комплексе: Учебное пособие [Текст] / С. В. Стребков, В. В. Стрельцов / Белгородский государственный аграрный университет имени В. Я. Горина. - Белгород, 1999. -404 с.
8. Морозов, Г. А. Очистка масла в дизелях [Текст] / Г. А. Морозов, О. М.. Арциомов. -Л.: Машиностроение. 1971. - 192 с.
9. Овчаренко, С. М. Расчет параметров работы центробежного фильтра масляной системы дизеля [Текст] / С. М. Овчаренко, И. Н. Денисов, В. А. Минаков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2015. - № 2(22). - C. 33 - 39.
10. Качанова, Л. С. Динамика очистки отработанного масла скоростными центрифугами [Текст] / Л. С. Качанова, Л. А. Нагорский // Совершенствование процессов и технических средств в АПК: Сб. науч. тр. / Азово-Черномоская инженерная академия. - Зерноград, 2003. -Вып. 5. - С. 52 - 56.
References
1. Kiselev V. I. Tekhnicheskoe obsluzhivanie i remont lokomotivov (Maintenance and repair of locomotives). Moscow: ZHDT UMTS, 2007, 558 p.
2. Ovcharenko S. M., Minakov V. A. Simulation of the process of accumulation of wear in the engine diesel oil D49 [Modelirovanie processa nakopleniya produktov iznosa v motornom masle teplovoznogo dizelya D49]. Izvestiya Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies. 2014, no 3 (19), pp. 31 - 36.
3. Ovcharenko S. M. Povyshenie ehffektivnosti sistemy diagnostirovaniya teplovozov (Improved locomotive diagnosing system)/ Doctor's. thesis tehn. Omsk, Sciences, 2007, 368 p.
4. Berkovich I. I., Gromakovsky D. G. Tribologiya. Fizicheskie osnovy, mekhanika i tekhnich-eskie prilozheniya (Tribology. Physical foundations, mechanics and technical applications). Samara, 2000, 268 p.
5. Grigoriev M. A. Ochistka masel i topliva v avtotraktornyh dvigatelyah (Purification of oils and fuels in automotive engines) Moscow: Mechanical Engineering, 1970, 271 p.
6. Kragelsky I. V. Trenie, iznashivanie i smazka (Friction, wear and lubrication). Moscow: Mechanical Engineering, 1978, 400 p.
7. Strebkov S. V., Streltsov V. V. Primenenie topliva, smazochnyh materialov i tekhnicheskih zhidkostej v agropromyshlennom komplekse (The use of fuels, lubricants and industrial liquids in ar-ropromyshlennom complex). Belgorod: Belgorod State Agricultural Academy, 1999. 404 p.
8. Morozov G. A., Artyomov O. M. Ochistka masla v dizelyah (Clean oil in diesel engines). L.: Mechanical Engineering, 1971, 192 p.
9. Ovcharenko S. M., Denisov I. N., Minakov V. A. Calculation of parameters of operation of a centrifugal oil filter system diesel [Raschet parametrov raboty centrobezhnogo fil'tra maslyanoj sistemy dizelya. Izvestiya Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies. 2015, no 2 (22). pp. 33 - 39.
10. Kachanova L. S. Dynamics of cleaning used oil-speed centrifuges [Dinamika ochistki otrabotannogo masla skorostnymi centrifugami]. Improvement of processes and equipment in agriculture. Collection of scientific papers. no. 5., 2003, 52 - 56 pp.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Минаков Виталий Анатольевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Minakov Vitaliy Anatolevich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation. Senior lecturer of the department « Locomotives», OSTU.
Старший преподаватель кафедры «Локомотивы», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 37-60-82. E-mail: vitalya_13@mail.ru
Сорокина Марина Александровна
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Студентка кафедры «Локомотивы», ОмГУПС.
Phone: +7 (3812) 37-60-82. E-mail: vitalya_13@mail.ru
Sorokina Marina Aleksandrovna
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Student of the department « Locomotives», OSTU.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Минаков, В. А. Повышение качества очистки моторного масла дизелей локомотивов [Текст] / В. А. Минаков, М. А. Сорокина // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2018. -№ 1(33). - С 55 - 62.
Minakov V. A., Sorokina M. A. Improving the quality of purification locomotive engine oil. Journal of Transsib Railway Studies, 2018, vol. 33, no 1, pp. 55 - 62 (In Russian).
УДК 625.1:656.2
В. Ю. Тэттэр, А. Ю. Тэттэр
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ ОТВЕТСТВЕННЫХ УЗЛОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Аннотация. В статье рассмотрены особенности и выделены преимущества использования динамических режимов для диагностирования узлов подвижного состава. Приведены конкретные примеры диагностирования отдельных агрегатов локомотива по вибрации, температуре, электрическим параметрам, частоте вращения. Обоснована актуальность задачи по разработке систем диагностирования с использованием эталонных моделей.
Ключевые слова: вибрация, температура, диагностирование, спектральный анализ, локомотив, переходный режим, эталонная модель.
Vladimir Yu. Tetter, Aleksandr Yu. Tetter
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
THE USE OF TRANSIENT REGIMES IN DIAGNOSING
THE CRITICAL PARTS OF THE ROLLING STOCK
Abstract. In the article the peculiarities and the advantages of using dynamic modes for diagnosing units of rolling stock. Specific examples of the diagnostics of separate units of the locomotive vibration, temperature, electrical parameters, frequency of rotation. The urgency of the task of developing diagnostic systems using the reference models.
Keywords: vibration, temperature, diagnostics, spectral analysis, locomotive, transitional mode, the reference model.
Диагностирование является необходимым элементом технологии обслуживания и ремонта подвижного состава железных дорог. В большей мере это относится к тяговому подвижному составу - локомотивам. Диагностирование (в соответствии с ГОСТ 27518-87 [1]) позволяет решать задачи по поддержанию установленного уровня надежности, обеспечению требований безопасности и эффективности эксплуатации локомотивов.
