7. Диагностирование дизелей по параметрам рабочих процессов

7. Диагностирование дизелей по параметрам рабочих процессов

В ГосНИТИ разработан метод диагностирования двигателей внутреннего сгорания по амплитудно-фазовым параметрам.

Состояние цилиндропоршневой группы определяют по амплиту­дам пульсации давления отработавших газов в картере при мини­мальной устойчивой частоте вращения коленчатого вала. Пульса­ции происходят вследствие чередования вспышек процессов го­рения топлива в цилиндрах. Фиксируя опорную точку, например момент прихода поршня первого цилиндра в верхнюю мертвую точку (ВМТ), и зная порядок работы цилиндров, по амплитуде пульсации можно определить состояние каждого цилиндра в от­дельности.

Состояние топливной аппаратуры оценивают по амплитудам пульсации давления в топливопроводах высокого давления, фа­зам начала впрыска топлива по отношению к ВМТ поршня пер­вого цилиндра и продолжительности нарастания волны давления впрыска. Эти параметры позволяют определять давление затяжки пружины форсунки, величину и однородность подачи топлива, момент начала впрыска топлива каждой форсункой по отноше­нию к ВМТ (разницу углов опережения впрыска), износ преци­зионных пар топливного насоса.

Состояние механизма газораспределения оценивают по амп­литудам пульсации воздуха и газов во впускном и выпускном коллекторах. По этим параметрам определяют фазы газораспре­деления, зазоры и герметичность клапанов, износ распредели­тельного вала. Зная величину импульсов разрежения во впускном патрубке, можно также оценить состояние воздухоочистителя.

Преимущества данного метода — малая трудоемкость и уни­версальность, недостатки — низкая точность (вследствие трудно­сти разделения сигналов) и сложность измерительной аппаратуры.

В ГосНИТИ разработаны методы диагностирования составных частей дизелей, в частности топливной аппаратуры, по парамет­рам тепловых процессов, а также метод определения угла опере­жения подачи топлива и давления затяжки пружины форсунки по средней температуре цикла, температуре отработавших газов и тем­пературе внешней поверхности выпускной трубы. В качестве изме­рительных преобразователей используются термопары, а в каче­стве измерительной аппаратуры — электронные автоматические потенциометры типа ЭПП.

Установлено, что при изменении момента начала подачи в сто­рону запаздывания средняя температура цикла снижается, а тем­пература отработавших газов и внешней поверхности выпускной трубы возрастает. Это объясняется уменьшением периода задерж­ки воспламенения и догоранием топлива на такте расширения. При чрезмерном увеличении угла опережения подачи происходит обратное явление: средняя температура цикла возрастает, а температура отработавших газов и внешней поверхности выпускной трубы уменьшается.

Преимущество данного метода — малая трудоемкость (при возможности установки термопар в камеры сгорания, т. е. при наличии свечей накаливания или специальных заглушек), недостатки — низкая информативность и точность в случае работы дизеля вхолостую. Для устранения этих недостатков необходимо иметь нагрузочное устройство.

К параметрам рабочих процессов также можно отнести содержание в отработавших газах продуктов неполного сгорания (СО+Н2) и дымность газов, которые определяют с помощью газоанализатора и дымомера. Неполнота сгорания топлива в большинстве случаев наблюдается при неисправностях и разрегулировке топливной аппаратуры и сопровождается снижением мощности и топливной экономичности двигателя.

Ввиду малой трудоемкости диагностирования двигателей по указанным параметрам сначала определяют процентное содержание в отработавших газах продуктов неполного сгорания или дыма. Если значения этих параметров выходят за допустимые пределы, проводят углубленное диагностирование — определяют мощностные и топливные показатели.

8. Виброакустические методы диагностирования

Сущность виброакустических методов диагностирования заключается в следующем.

Во время работы машины движение деталей сопровождается их соударениями, в результате которых по механизмам распространяются упругие колебания. Эти колебания называют структурным шумом в отличие от воздушного шума, возбуждаемого механизмами в окружающей среде. По мере изнашивания механизмов или при возникновении в них каких-либо дефектов нарушаются запроектированные кинематические связи между деталями, вследствие чего характер шума и вибрации изменяется. Это свойство используют для оценки технического состояния объектов по параметрам шума и вибрации. Сигналы, возбуждаемые колебаниями работающих механизмов, носят импульсный характер. Энергия акустического сигнала возрастает с увеличением зазора между соударяющимися деталями. Поэтому амплитуда виброакустического сигнала может достаточ­но точно характеризовать состояние кинематической пары. Сиг­налы фиксируются измерительными преобразователями, устанав­ливаемыми для этой цели на корпусе объекта диагностирования, причем измерительный преобразователь воспринимает результи­рующие колебания, поступающие от всех механизмов системы. Для оценки каждого сопряжения в отдельности необходимо такое разделение сигнала на составляющие, при котором каждая из них характеризовала бы техническое состояние определенного соединения или одной кинематической пары.

Известно несколько способов разделения сигналов: амплитуд­ный, временной и частотный. При амплитудном разделении в получаемой амплитуде вибра­ций необходимо знать соотношение полезного сигнала, идущего от интересующего нас соединения или кинематической пары, и сигналов помех, поступающих от других соединений системы. Чем больше отношение значения полезного сигнала к значениям сиг­налов помех, тем точнее результат измерения. С этой целью изме­рительный преобразователь устанавливают в. том месте, где амп­литуда полезного сигнала получается наибольшей.

При временном разделении сигналов системы исходят из поло­жения, что их появление различно по времени. Например, сигна­лы, возникающие в верхней и нижней головках шатуна, череду­ются в строгой последовательности с определенными промежут­ками времени между ними, обусловленными кинематикой ука­занного механизма и частотой вращения коленчатого вала. Для частотного разделения сигналов необходимо знать частоту или период следования каждого из них. Частоты следования им­пульсов от соударений различных элементов, как правило, отли­чаются друг от друга. Например, энергия колебательного процес­са от изменения положения поршня в цилиндре у дизеля СМД-14 находится в диапазоне 500... 4000 Гц, а энергия от ударов порш­невых колец о канавки поршня — в диапазоне 10... 14 кГц. Разложение сложного колебания на его составляющие называ­ют спектральным разложением, или спектральным анализом. Сущ­ность его заключается в том, что из общего колебательного про­цесса, порождаемого всеми элементами системы, поочередно выделяются полосы спектров колебаний с последующим определе­нием энергии вибрации в каждой выделенной полосе. Разложение сложного колебания на составляющие проводится с помощью электронной аппаратуры — анализаторов спектра. Временное разделение сигналов называют апробированием. Стро- батор — прибор, пропускающий через себя сигнал только в опре­деленные промежутки времени. Сигналы, идущие вне этих про­межутков, подавляются. При таком разделении сигналов полез­ный сигнал с преобразователя ускорения вибрации подается на усилитель, откуда поступает в стробатор, а затем в регистрирую­щее устройство. Стробатор обеспечивает подключение усилителя к регистрирующему устройству в определенные моменты време­ни, которые отсчитывают относительно какого-либо опорного события, происходящего в механизме, например относительно момента достижения поршнем ВМТ. После каждого соударения деталей возбуждаются упругие колебания, которые в большин­стве случаев не успевают затухать до нового соударения, поэтому сигналы накладываются друг на друга во времени, и стробатор не может их разделить. Тем не менее он позволяет существенно повы­сить долю энергии полезного сигнала данной кинематической пары.

Приближенно оценивать состояние системы можно по изме­ренным в отдельных ее точках общим уровням вибраций в долях ускорения силы тяжести g (9, 8 м/с²) или в децибелах (дБ). Для измерения общего уровня вибрации применяют пьезоэлектриче­ский измеритель ускорений ПИУ-1М с пьезоэлектрическим пре­образователем ускорений ПДУ-1 или ИС-313. Шкала прибора про- градуирована в долях g. Для записи общих уровней вибрации по времени к прибору ПИУ-1М подключают осциллограф. Для оценки технического состояния отдельных соединений системы по вибрационным колебаниям необходимо провести спек­тральный анализ этих колебаний, позволяющий выявить их при­чины, а также определить, в каких диапазонах частот изменяется энергия вибрации в зависимости от параметров состояния прове­ряемого соединения. Оценивать техническое состояние отдельных соединений по вибрационным характеристикам можно при помощи комплекса электронных приборов, соединенных в общую блок-схему. Механические колебания, воспринимаемые измерительным преобразователем ускорений, преобразуются в электрический сигнал, который усиливается усилителем и поступает на вход ана­лизатора. Последним поочередно выделяются гармоники (состав­ляющие) колебаний в исследуемой полосе частот и в виде напря­жения, получаемого на выходе, подаются на вход квадратора, который на выходе дает значение энергии (квадрата напряжения) выделенной полосы спектра. Сигнал от квадратора подается на вход интегратора, дающего на выходе среднюю мощность вибраций исследуемого диапазона частот за определенный промежуток времени. Указанная мощность определяется по шкале измеритель­ного прибора. При подключении к выходу усилителя электронно­лучевого осциллографа можно визуально наблюдать и контроли­ровать колебательный процесс.

К аппаратуре для анализа вибраций предъявляются высокие требования: соблюдение заданного температурного режима рабо­ты аппаратуры, надежная экранизация соединительных кабелей от помех, стабильность характеристик блок-схемы во времени и их линейность на всем диапазоне частот, быстрый прогрев аппа­ратуры до рабочих режимов и др. Техническое состояние состав­ных частей машины по виброакустическим параметрам следует проверять на таких режимах работы, при которых характеристики процессов проявлялись бы в наиболее чистом виде, с наимень­шим влиянием помех со стороны непроверяемых соединений. На­пример, для уменьшения сигналов помех при контроле состоя­ния деталей кривошипно-шатунного механизма в каком-либо цилиндре рекомендуется на время проверки выключать из работы соседние цилиндры.

Как показывает анализ научно-исследовательских работ, мето­ды виброакустической диагностики до сих пор окончательно не разработаны из-за отсутствия надежных методов разделения полез­ных сигналов и сигналов помех, порождаемых различными соеди­нениями контролируемой системы. В этом направлении еще пред­стоит провести теоретические и экспериментальные исследования.

9. Параметры технического состояния дизеля и методы их определения. Параметром, по которому определяют состояние цилиндропоршневой группы, включающей гильзу цилиндров, поршни и порш­невые кольца, является угар картерного масла. Для определения угара масла необходимо в течение нескольких контрольных смен точно измерять количество доливаемого масла и топлива. При этом невозможно учесть утечки масла через неплотности сальников коленчатого вала и разъемов картера. Кроме того, угар масла в течение длительного времени работы двигателя изменяется не­значительно и лишь при большом износе деталей цилиндропоршневой группы, в частности поршневых колец, начинает резко воз­растать. Такой характер изменения угара масла в зависимости от наработки затрудняет прогнозирование остаточного ресурса.

Угар картерного масла и количество газов, прорывающихся в картер при работающем двигателе на всех цилиндрах, являются сум­марными оценочными показателями цилиндропоршневой группы.

Сравнительную оценку технического состояния цилиндров можно дать по компрессии в них (давлению конца сжатия). Одна­ко при этом необходимо учитывать неплотности клапанов меха­низма газораспределения. Если разница в значениях компрессии различных цилиндров относительно невелика, то среднее ариф­метическое

компрессии характеризует износ цилиндропоршневой группы. Если значение компрессии для одного из цилиндров значительно ниже значений для других цилиндров, то это указы­вает на неисправность в данном цилиндре (нарушение целости прокладки головки цилиндров и значительный износ или полом­ку деталей цилиндропоршневой группы).

Разница в значениях компрессии у нового и изношенного дви­гателей возрастает с понижением частоты вращения коленчатого вала, поэтому компрессию следует определять при пусковой час­тоте вращения коленчатого вала. Для правильной сравнительной оценки состояния цилиндров по компрессии должно быть соблю­дено равенство и постоянство частоты вращения коленчатого вала и температуры стенок цилиндров при проверке каждого из них в отдельности. В связи с тем, что частота вращения коленчатого вала зависит от технического состояния пускового устройства, а тем­пература стенок цилиндров — от степени предварительного прогре­ва и температуры окружающей среды, соблюдение описанных условий не всегда представляется возможным, а следовательно, компрессия является ориентировочным показателем технического состояния цилиндропоршневой группы. Одним из признаков сла­бой компрессии является трудный пуск двигателя (особенно в холодную погоду). У дизеля из-за низкой температуры сжатого воздуха не обеспечивается самовоспламенение дизельного топ­лива.

Состояние кривошипно-шатунного механизма характеризуется зазорами в подшипниках коленчатого вала. Эллипсность и конус­ность шеек коленчатого вала до разборки двигателя для ремонта можно не проверять, так как эти параметры являются следствием износа подшипников.

Для оценки технического состояния подшипников коленчатого вала определяют: давление масла в главной смазочной магистра­ли; количество масла, протекающего через подшипник в единицу времени; шумы и стуки от ударов в сопряжениях при работе дви­гателя, а также от соударных деталей при искусственном переме­щении поршня и шатуна на величину зазоров в соединениях.

Во время работы двигатель прослушивают. С увеличением зазо­ров в подшипниках, превышающих допустимые, появляются ха­рактерные стуки, прослушиваемые в определенных зонах и при соответствующих режимах работы двигателя. При этом количествен­ная оценка зазоров зависит от слуховых качеств и опыта операто­ра. Хорошие результаты дает прослушивание стуков в неработаю­щем двигателе при попеременном создании в надпоршневом про­странстве разрежения и давления Основные параметры технического состояния смазочной сис­темы — давление масла в магистрали и его температура. При ис­правном состоянии двигателя давление и температура моторного масла находятся во взаимосвязи. После пуска холодного дизеля из-за высокой вязкости масла давление в главной магистрали (на­пример, у дизеля ЯМЗ-2Э8НБ) может достигать 0, 8... 1, 0 МПа.

По мере прогрева двигателя и повышения температуры масла его вязкость снижается и соответственно снижается давление. Это объясняется снижением подачи насоса и сопротивления потоку масла по каналам и через фильтры.

На давление и температуру масла также влияют износ сопря­жений кривошипно-шатунного механизма, состояние системы охлаждения, тепловой и нагрузочный режимы двигателя, марка применяемого масла. При использовании моторного масла соот­ветствующей марки, а также при исправном состоянии двигателя и нормальных режимах его работы причиной чрезмерно высокой или низкой температуры масла может быть неисправность клапа- на-термостата. При износе клапана-термостата или поломке пру­жины холодное масло циркулирует через масляный радиатор, его температура понижается, а давление повышается.

К понижению давления масла в магистрали приводят также чрезмерный износ соединений кривошипно-шатунного механиз­ма, низкая подача смазочного насоса и износ или разрегулировка сливного и перепускного клапанов. В этих случаях ухудшается филь­трация масла в центрифуге, в магистраль поступает загрязненное масло, что приводит к интенсивному изнашиванию двигателя. То же самое происходит и при чрезмерном загрязнении или неис­правности фильтров.

Таким образом, в смазочной системе периодически проверяют правильность показаний манометра и термометра, подачу мас­ляного насоса, давление открытия клапанов, частоту вращения ро­тора центрифуги и состояние фильтрующих элементов грубой очи­стки масла, а также фильтра турбокомпрессора (тракторы К-700, К-700А, Т-150, Т-150К, Т-130).

Основными параметрами технического состояния механизма газораспределения являются плотность прилегания клапанов к гнездам головки цилиндров, зазоры между стержнями клапанов и бойками коромысел, фазы газораспределения, износ кулачков, подшипников распределительного вала и шестерен распределе­ния, состояние прокладки и головки цилиндров, зазоры между втулками и стержнями клапанов, величина утопания клапанов в гнездах головки цилиндров.

Наличие неплотностей в соединениях тарелок клапанов и гнезд головки цилиндров можно определить по шипению или свисту воздуха во впускных и выпускных каналах головки или трубопро­водах, прокручивая коленчатый вал вручную при снятых коромыс­лах и воздухоочистителе. Однако этот параметр является ориенти­ровочным и не может служить основанием для притирки клапанов.

В ГосНИТИ разработан метод, позволяющий давать количе­ственную оценку неплотностей клапанов по расходу воздуха, про про­ходящего через каждый клапан в отдельности при подаче его в камеру сгорания неработающего двигателя.

Расположение тарелок клапанов относительно головки цилин­дров можно определить двумя способами:

непосредственным измерением расстояния между плоскостью головки цилиндров и плоскостью торца тарелки клапана при сня­той головке;

косвенно по расстоянию между плоскостью торцов стержней клапанов и обработанной плоскостью головки со стороны кла­панного механизма, измеряемому на дизеле при снятой крышке клапанной коробки.

Первый способ обычно применяют при снятии головки ци­линдров для притирки клапанов, второй — при диагностирова­нии составных частей машины в условиях эксплуатации.

Износ кулачков распределительного вала оценивают по высо­те кулачков, которую можно определить непосредственно на дви­гателе по перемещению клапанов с учетом зазоров между их стер­жнями и бойками коромысел. Это не требует больших затрат труда и сложной аппаратуры.

Нарушение фаз газораспределения приводит к снижению мощ­ности и топливной экономичности двигателя. Если причиной сме­щения фаз является износ деталей механизма газораспределения, то из-за неравномерного износа узлов и деталей (кулачков рас­пределительного вала) углы начала открытия и конца закрытия клапанов могут несколько отличаться друг от друга. Как показы­вают наблюдения, в большинстве случаев эта разница значитель­но меньше величин изменений фаз, допускаемых в эксплуатации. Поэтому для сокращения трудоемкости фазы газораспределения у многоцилиндровых двигателей рекомендуется проверять по углу начала открытия впускного клапана первого и последнего цилин­дров и оценивать их по среднему арифметическому от измерений.

На практике встречаются случаи скручивания распределитель­ных валов из-за заедания подшипников после ремонта двигателя. Эту неисправность можно обнаружить по результатам измерений углов начала открытия впускного клапана первого и последнего цилиндров.

Суммарный износ деталей механизма газораспределения (шес­терни газораспределения, подшипники и кулачки распределитель­ного вала) определяют по смещению фаз газораспределения в сто­рону запаздывания. Ориентировочную оценку состояния шестерен распределения, подшипников распределительного вала и зазоров клапанов можно дать по шуму и стукам с помощью автостетоскопа.

Основными параметрами состояния системы охлаждения явля­ются толщина накипи на поверхностях нагрева, герметичность соединений системы, состояние сердцевины радиатора, паровоз­душного клапана, прокладки и головки блока цилиндров, износ лопастей крыльчатки и стенок корпуса водяного насоса, состоя­ние шторок и жалюзи, натяжение ремня вентилятора.

Наличие накипи в системе охлаждения ориентировочно про­веряют по температурам наружной поверхности головки цилинд­ров и блока, измеренным в наиболее напряженных местах при определенной температуре охлаждающей жидкости (воды). Ори­ентировочными являются также повышенные значения темпера­туры и угара картерного масла. Наиболее точно можно определить состояние поверхностей нагрева, непосредственно измеряя тол­щину отложений накипи в наиболее напряженных местах, на­пример в верхней части блока цилиндров. Для этого в блоках дол­жны быть предусмотрены специальные заглушки.

Засорение трубок радиатора и образование на них слоя накипи определяют по снижению разности температур охлаждающей жидкости на входе и на выходе радиатора, а также по увеличению разрежения в нижнем водяном патрубке, измерив его вакууммет­ром. Загрязненность сердцевины радиатора определяют внешним осмотром, а также по разности температур охлаждающей жидко­сти на входе и выходе из радиатора.

Герметичность соединений системы охлаждения проверяют внешним осмотром и с помощью средств диагностирования. На­дежность соединений и трубок сердцевины радиатора контроли­руют путем гидравлической опрессовки системы охлаждения под давлением. При этом величину утечки жидкости можно оценить по снижению давления в единицу времени.

Действие паровоздушного клапана проверяют по давлению начала открытия парового и воздушного клапанов при подаче сжатого воздуха. Состояние прокладки и головки цилиндров кон­тролируют манометром, подключенным к системе охлаждения, при избытке давления в системе на работающем двигателе. В слу­чае пропуска в систему охлаждения газов из цилиндров стрелка манометра колеблется. Состояние прокладки и головки цилинд­ров проверяют также подачей сжатого воздуха в камеру сгорания при неработающем двигателе.

Чрезмерный износ лопастей крыльчатки и стенок корпуса во­дяного насоса определяют по повышению температуры в верхнем бачке радиатора и уменьшению разрежения в нижнем водяном патрубке при нормальном натяжении ремня вентилятора. Наибо­лее объективным параметром состояния водяного насоса являет­ся его подача, которую определяют с использованием дроссель­ной шайбы и вакуумметра, устанавливаемых в нижнем водяном патрубке Состояние шторок и жалюзи контролируют внешним осмот­ром и проверкой действия регулирующих устройств.

За работой термостата наблюдают по температурам начала и конца открытия клапана. Правильность показаний дистанционно­го термометра устанавливают по контрольному термометру.

Натяжение ремня вентилятора проверяют по величине проги­ба при определенном усилии нажатия на ремень.

Основными параметрами состояния системы очистки и подачи воздуха в цилиндры являются герметичность системы, сопротив­ление воздухоочистителя и впускного тракта, частота вращения ротора и давление, создаваемое турбокомпрессором.

Повышение сопротивления воздухоочистителя и впускного тракта в результате накопления пыли, ухудшения свойств фильт­рующих элементов, изменения уровня и свойств масла в поддоне воздухоочистителя вызывает увеличение разрежения во впускном коллекторе, что повышает опасность подсоса неочищенного воз­духа через неплотности воздушного тракта, снижает степень на­полнения цилиндров воздухом и, следовательно, мощность и эко­номичность двигателя.

К основным параметрам состояния системы питания дизеля относятся давление впрыскивания и качество распыливания топ­лива форсунками, подача подкачивающего насоса, пропускная спо­собность фильтрующих элементов грубой и тонкой очистки топли­ва, износ перепускного клапана, топливоподкачивающего насоса, плунжерных пар и нагнетательных клапанов, частота вращения кулачкового вала топливного насоса, величина и неравномерность подачи топлива секциями топливного насоса, расход топлива, угол опережения нагнетания топлива в цилиндры дизеля.

О неудовлетворительной работе топливной аппаратуры свиде­тельствуют затрудненный пуск дизеля, неустойчивая работа, дым- ность отработавших газов, пониженные мощность и экономичность.

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: