Научная статья на тему 'Разработка оптико-электронного устройства для контроля качества моторного масла'

Разработка оптико-электронного устройства для контроля качества моторного масла Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
266
47
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
LUBRICANT / OPTICO-ELECTRONIC DEVICE / INTERNAL COMBUSTION ENGINE / MOTOR OIL / METHODS FOR ANALYZING CONTAMINATION / OPTICAL INSPECTION METHOD / СМАЗОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ / ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО / ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ / МОТОРНОЕ МАСЛО / МЕТОД АНАЛИЗА ЗАГРЯЗНЁННОСТИ / ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Семенов В.В., Асцатуров Ю.Г., Ханжонков Ю.Б.

Предложено новое устройство для анализа загрязнённости моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами. Для повышения информативности выходных данных и возможности осуществления непрерывного автоматизированного контроля, а так же повышения точности, оперативности и достоверности измерений в устройстве используется оптико-электронный метод анализа загрязнённости моторных масел, основанный на методе "капельной пробы".

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Семенов В.В., Асцатуров Ю.Г., Ханжонков Ю.Б.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Development of optico-electronical device for quality control of motor oil

A new device is offered for the analysis of motor oil contamination of the internal combustion engine with dispersed particles. To enhance the information content of the output data and the possibility of the continuous automated monitoring, as well as improve the accuracy, efficiency and reliability of the measurement device uses opto-electronic method of analysis of pollution of motor oils based on a method of ""spot test"".

Текст научной работы на тему «Разработка оптико-электронного устройства для контроля качества моторного масла»

Разработка оптико-электронного устройства для контроля качества

моторного масла

В.В. Семенов, Ю.Г. Асцатуров, Ю.Б. Ханжонков Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: Предложено новое устройство для анализа загрязнённости моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами. Для повышения информативности выходных данных и возможности осуществления непрерывного автоматизированного контроля, а так же повышения точности, оперативности и достоверности измерений в устройстве используется оптико-электронный метод анализа загрязнённости моторных масел, основанный на методе "капельной пробы". Ключевые слова: смазочный материал, оптико-электронное устройство, двигатель внутреннего сгорания, моторное масло, метод анализа загрязнённости, оптический метод контроля.

При работе узлов трения машин и механизмов свойства смазочных материалов, присутствующих в трибосопряжениях, меняются: происходит загрязнение механическими примесями, водой, продуктами износа деталей и окисления [1].

Для моторных масел характерно загрязнение пылью, попадающей как с засасываемым для горения воздухом, так и с топливом. С увеличением срока эксплуатации масла, в нём увеличивается количество механических примесей, в том числе взвешенных частиц металлической (продукты износа деталей цилиндропоршневой группы) и угарной (нерастворимые продукты окисления) природы.

В работавших маслах накапливается вода, которая попадает из камеры сгорания с прорывающимися газами. Накопление воды в масле повышает коррозионность и ухудшает смазывающие свойства. Также срабатываются присадки, введенные в масло для улучшения его эксплуатационных свойств, что также приводит к снижению щелочного числа, ухудшению моющих свойств, повышению коррозионности [2].

В результате старения и загрязнения масло темнеет, в нём увеличивается содержание механических примесей. Это способствует образованию нагаров, что сказывается на работе и техническом состоянии двигателя.

Кроме процессов окисления и загрязнения качество масел ухудшается из-за накопления продуктов неполного сгорания топлива. При неправильной регулировке топливной аппаратуры, плохом техническом состоянии цилиндропоршневой группы, тяжелом фракционном составе топлива в масло могут проникать не только продукты неполного сгорания, но и сконденсировавшееся топливо, что существенно снижает вязкость масел.

Контролируя основные показатели, которые характеризуют свойства масел, можно определить пригодность масла к эксплуатации. При эксплуатации неисправного или перегруженного двигателя, масло может потерять запас качества. И напротив, может находиться в хорошем состоянии к моменту замены [3-5].

Способы анализа загрязнений масел могут быть основаны на различных методах: виброакустическом, электрическом, оптическом, спектральном и др. [6-8]. Перспективным направлением является разработка устройств, реализующих оптико-электронные способы, которые дают возможность осуществления непрерывного автоматизированного контроля, повышения точности, оперативности и достоверности измерений [9-11].

Достаточно информативным и широко применяемым органолептическим способом является «метод капельной пробы», заключающийся в нанесении капли испытуемого масла на фильтровальную бумагу, и затем, в анализе цвета, рисунка и равномерности растекания масла на бумажной хроматограмме, измерении диаметров зон капли, и изучении составных частей «капельной пробы» [12]. При этом, анализ результатов оценки масел по данному методу, возможно автоматизировать, используя современные средства контроля.

Авторами разработано эффективное устройство для контроля качества моторного масла [13, 14].

Оптико-электронное устройство (рисунок 1) для контроля качества моторного масла содержит осветительный блок 8, блок для захвата изображения и блок обработки изображения, схему управления осветительным блоком, электромеханический клапан дозации масла из картера двигателя с блоком управления электромеханическим клапаном 15, шаговый двигатель 12, две катушки 4 с лентой из фильтровальной бумаги 10, объектив, ПЗС-матрицу 7, аналого-цифровым преобразователь 17, ББР-процессор 18, термодатчик 11, ЭВМ 23, цифровой индикатор 24, интерфейс соединения с внешними устройствами 25.

Рис. 1.- Структурная схема устройства для контроля качества

моторного масла

Устройство функционирует следующим образом. Устройство работает периодически (раз в неделю, в месяц или по пробегу). ЭВМ 23 через цифро-

аналоговое устройство 16 и устройство управления электромеханическим клапаном 15 подает сигнал управления электромеханическим клапаном 15 дозации масла 2 из картера двигателя 1, причём данный сигнал управления подается после остановки двигателя и в момент, когда температура масла, снимаемая термодатчиком 11, составляет 50оС. При этом, с термодатчика 11 через усилитель 13 и аналого-цифровой преобразователь 14 информация о температуре масла поступает в ЭВМ 23.

В момент открытия электромеханического клапана дозации масла 3 блоком управления 15 из картера двигателя 1 масло 2 в виде капли 5 направляется на ленту из фильтровальной бумаги 10 и на ней происходит растекание в течение 10 минут, после чего ЭВМ 23 при помощи аналого-цифрового преобразователя 22 и блока управления шаговым двигателем 21 включает шаговый двигатель, при помощи которого катушка для ленты 4 перемещает ленту из фильтровальной бумаги по направлению 6 в положение захвата изображения.

Далее ЭВМ 23 при помощи цифро-аналогового преобразователя 20 и блока управления осветительным устройством 19 включает осветительный блок 8, выполненный из светодиодов. Изображение капли масла при помощи линзы 9 и ПЗС-матрицы 7 проходит оцифровку в аналого-цифровом преобразователе 17 и поступает в ББР-процессор 18, который проводит обработку изображения по задаваемому алгоритму:

1) Классический - по отношениям диаметров полученных колец.

2) С использованием преобразования Фурье.

Результаты обработки изображения из ББР-процессора 18 поступают в ЭВМ 23.

Регистрация и обработка изображения капли масла осуществляется через 10, 60, 120 минут и через сутки. Полученные данные усредняются ЭВМ 23 и в результате цифровой обработки и сравнения показаний с

существующими эталонами изображений, ЭВМ 23 формирует результат измерений в виде интегрального показателя загрязненности моторного масла для вывода на цифровой индикатор 24, а также для дистанционной передачи результата на внешние устройства через интерфейс взаимодействия с внешними устройствами 25.

Применение разработанного оптико-электронного устройства для контроля качества моторного масла обеспечивает следующие преимущества: возможность осуществления непрерывного автоматизированного контроля, повышение точности, оперативности и достоверности измерений. Это позволяет контролировать качество работы двигателя внутреннего сгорания, оставшийся ресурс работы масла до его замены, своевременно выявлять в моторном масле продукты износа трибосопряжений ДВС.

Литература

1. Кукоз В.Ф., Шкрет Л.Я., Мамаев Н.М. Условия работы и качество моторного масла // Известия вузов. Сев. -Кавк. регион. Техн. науки. 2005. Спецвыпуск: Проблемы электрохимии. С. 109-110.

2. Корнеев С.В. Критерии работоспособности моторных масел // Строительно-дорожные машины. 2004. № 4. С. 28-29.

3. Гармаш С.Н. Новый принцип контроля состояния автомобильных масел в процессе эксплуатации // Автомобильная промышленность. 2005. № 9. С. 30-32.

4. Кукоз В.Ф., Хулла В.Д., Тарасов А.В., Подгайный Н.Г. Экспресс-метод оценки работоспособности моторных масел // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2007. №3. С. 75-76.

5. Ступин В.Е. Тенденции интеграции радиотехнических и мехатронных средств // Инженерный вестник Дона, 2007, №1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2007/39.

6. Семенов В.В., Асцатуров Ю.Г., Ханжонков Ю.Б. Совершенствование устройств для трибомониторинга узлов машин и механизмов с применением оптоэлектроники // Инженерный вестник Дона, 2013, №1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y 2013/ 1541.

7. Voynov K.N., Shwarts M.A., Belyh V.V. Prognostication and estimation of the residual period of operation for pair of friction. In Zakopane, International conf. KONMOT, vol.2, Poland. 21-30.09.2004, pp. 651-656.

8. Dickey F.M., Holswade S.C., Hornak L.A., Brown K.S. Optical methods for micromachine monitoring and feedback. Sensors and Actuators A: Physical. 1999. V. 78. № 2-3. pp. 220-235.

9. Ермаков О.Н. Прикладная оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004.

10. Асцатуров Ю.Г., Семенов В.В., Ханжонков Ю.Б. Разработка оптико-электронного устройства для анализа загрязнённости моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами //

ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2376.

11. Патент РФ № 2498269, МПК 00 Ш15/02. Способ анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами / Семенов В.В., Ханжонков Ю.Б., Асцатуров Ю.Г. -заявитель и патентообладатель Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса - № 2012115075/28; заявл. 16.04.2012; опубл, 10.11.2013 Бюл. № 31.

12. А.С. 201768 СССР, МПК 7 00Ш 31/05. Способ определения необходимости замены масла в дизелях / ГОСНИТИ; Н.С.Пасечников, Н.М.Хмелевой. - №1081469/26-25. Заявл. 01.04.66. Опубл. 08.09.67. Бюл. №18.

416 с.

Инженерный

вестник

Дона, 2014. №2 URL:

13. Патент РФ № 25S3344, G01N 15/02. Устройство анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами / Семенов В.В., Ханжонков Ю.Б., Асцатуров Ю.Г., Сучков П.В. - заявитель и патентообладатель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)-№ 2015106466/2S. Заявл. 25.02.2015. Опубл. 10.05.2016. Бюл. № 13.

14. Патент РФ № 25S3351, G01N 15/02. Способ анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами / Семенов В.В., Ханжонков Ю.Б., Асцатуров Ю.Г. - заявитель и патентообладатель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)- № 20151044S0/2S. Заявл. 25.02.2015. Опубл. 10.05.2016. Бюл. № 13.

References

1. Kukoz V.F., Shkret L.Ja., Mamaev N.M. Uslovija raboty i kachestvo motornogo masla. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Tehn. nauki. 2005. Specvypusk: Problemy jelektrohimii. pp. 109-110.

2. Korneev S.V. Kriterii rabotosposobnosti motornyh masel. Stroitel'no-dorozhnye mashiny. 2004. № 4. pp. 2S-29.

3. Garmash S.N. Novyj princip kontrolja sostojanija avtomobil'nyh masel v processe jekspluatacii. Avtomobil'naja promyshlennost'. 2005. № 9. pp. 30-32.

4. Kukoz V.F., Hulla V.D., Tarasov A.V., Podgajnyj N.G. Jekspress-metod ocenki rabotosposobnosti motornyh masel. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Tehn. nauki. 2007. №3. pp. 75-76.

5. Stupin V.E. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2007, №1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2007/39.

6. Semenov V.V., Ascaturov Ju.G., Hanzhonkov Ju.B. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y 2013/ 1541.

7. Voynov K.N., Shwarts M.A., Belyh V.V. Prognostication and estimation of the residual period of operation for pair of friction. In Zakopane, International conf. KONMOT, vol.2, Poland. 21-30.09.2004, pp. 651-656.

8. Dickey F.M., Holswade S.C., Hornak L.A., Brown K.S. Optical methods for micromachine monitoring and feedback. Sensors and Actuators A: Physical. 1999. V. 78. № 2-3. pp. 220-235.

9. Ermakov O.N. Prikladnaja optojelektronika [Applied optoelectronics]. M.: Tehnosfera, 2004. 416 p.

10. Ascaturov Ju.G., Semenov V.V., Hanzhonkov Ju.B. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014. №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2376.

11. Patent RF № 2498269, MPK G01N15/02. Sposob analiza zagrjaznennosti motornogo masla dvigatelja vnutrennego sgoranija dispersnymi chasticami [Аnalysis method of dirtiness of motor oil of internal combustion engine with disperse particles]. Semenov V.V., Hanzhonkov Ju.B., Ascaturov Ju.G. zajavitel' i patentoobladatel' Juzhno-Rossijskij gosudarstvennyj universitet jekonomiki i servisa. № 2012115075/28; zajavl. 16.04.2012; opubl., 10.11.2013 Bjul. № 31.

12. A.S. 201768 SSSR, MPK 7 G01N 31/05. Sposob opredelenija neobhodimosti zameny masla v dizeljah [The method for determining the need to change the oil in diesel engines]. GOSNITI; N.S.Pasechnikov, N.M.Hmelevoj. №1081469/26-25. Zajavl. 01.04.66. Opubl. 08.09.67. Bjul. №18.

13. Patent RF № 2583344, G01N 15/02. Ustrojstvo analiza zagrjaznennosti motornogo masla dvigatelja vnutrennego sgoranija dispersnymi chasticami [Аpparatus for analysing dirtiness of motor oil of internal combustion engine with disperse particles]. Semenov V.V., Hanzhonkov Ju.B., Ascaturov Ju.G., Suchkov P.V. zajavitel' i patentoobladatel': federal'noe gosudarstvennoe bjudzhetnoe

obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego professional'nogo obrazovanija "Donskoj gosudarstvennyj tehnicheskij universitet" (DGTU). № 2015106466/28. Zajavl. 25.02.2015. Opubl. 10.05.2016. Bjul. № 13.

14. Patent RF № 2583351, G01N 15/02. Sposob analiza zagrjaznennosti motornogo masla dvigatelja vnutrennego sgoranija dispersnymi chasticami [Method for analysis of contamination of motor oil of internal combustion engine by disperse particles]. Semenov V.V., Hanzhonkov Ju.B., Ascaturov Ju.G. zajavitel' i patentoobladatel': federal'noe gosudarstvennoe bjudzhetnoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego professional'nogo obrazovanija "Donskoj gosudarstvennyj tehnicheskij universitet" (DGTU). № 2015104480/28. Zajavl. 25.02.2015. Opubl. 10.05.2016. Bjul. № 13.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.