книги из ГПНТБ / Ждановский, Н. С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей

дом взвешивания затруднено в связи с неравномерным рас­ пределением износа по поверхности детали. Этот метод нельзя использовать вслучае определения износа таких деталей, ко­ торые в процессе работы двигателя подвергаются пластичес­ ким деформациям. Следует отметить, что некоторая погреш­ ность метода взвешивания обусловлена попаданием масла и других инородных тел в пористую структуру детали.

ГОСТ 491—55 предусматривает взвешивание поршне­ вых колец и вкладышей на технических весах с точностью

профиль поверхности цилиндра . Величину износа изме­ ряют под микроскопом по расстоянию между базисной и профильной линиями . П р и помощи профилографов-про- филометров можно определять также шероховатость и волнистость деталей из различных материалов .

Ограниченное применение этого метода, главным обра­

снятия профилограмм. Этот метод также нельзя использо­ вать д л я оценки износостойкости деталей, подверженных пластической деформации.

Метод искусственных баз позволяет оценить величину линейного износа по изменению размеров суживающегося углубления определенного профиля, заранее сделанного на изнашиваемой поверхности. Разность глубин, изме­

при определении размера отпечатка, этот метод не полу­ чил широкого применения.

30

Метод вырезанных лунок более чувствителен и точен, чем метод отпечатков. Он позволяет оценивать износ дета­ лей двигателя при непродолжительном его испытании . При подготовке детали на исследуемой поверхности вы­ резается углубление в форме остроугольной л у н к и . П р и этом следует учитывать погрешность оценки износа в с в я з и

пользованием специального микроскопа определяется ее длина

Глубина л у н к и :

где г — радиус вылета алмазного резца в установке д л я

Таким образом, величина местного износа детали со­ ставит:

Если л у н к а вырезана на цилиндрической вогнутой по­ верхности с расположением длин перпендикулярно обра­ зующей, то глубину ее определяют по формуле:

Д л я н а р у ж н о й цилиндрической выпуклой поверхности:

Метод искусственных баз имеет ограниченное приме­ нение в связи с большой трудоемкостью исследований, тре­ бующих разборок и сборок узлов и сопряжений двигателя .

3 1

Этот метод нельзя применить д л я определения износа деталей из мягких антифрикционных сплавов и сопряже ­ ний с высокими контактными н а п р я ж е н и я м и . П р и оценке износа этим методом затрачивается примерно в 1,5—2 раза больше времени, чем при микрометрировании . Метод вы­ резанных лунок не позволяет проследить динамику изна­ шивания двигателя в процессе его работы, так как тре­ буется разборка двигателя для проведения замеров глу­ бины л у н о к .

Метод определения железа в масле позволяет опреде­ лять суммарную величину износа стальных и чугунных . деталей. Этот метод не требует проведения длительных испытаний, разборок двигателя и какой-либо специальной подготовки, кроме отключения фильтров очистки масла; обладает высокой чувствительностью и позволяет оценить динамику изнашивания в процессе работы. Однако, не­ смотря на сравнительную простоту, возможности этого метода ограничены, так как определяется только суммар­ ный износ всех железосодержащих деталей.

Сущность метода состоит в том, что из двигателя через определенное время работы (5—6 ч) берется проба масла 30—50 г. В масле содержатся продукты износа — частицы металлов, а т а к ж е растворимые и не растворимые в масле соединения металлов. Продукты износа вымываются мас­ лом из узла трения и в системе смазки ц и р к у л и р у ю т в по­ токе масла.

Из пробы берут навеску масла 15 г, озоляют в муфель­ ной печи и определяют концентрацию железа весовым, кало­ риметрическим или полярографическим методом. Наиболь ­ шее распространение получил калориметрический метод.

Метод определения железа в масле позволяет опреде­ лить концентрацию железа в масле 1 0 ~ 3 — Ю - 4 "6, что в пере­ счете на линейные размеры цилиндров составляет 0,1 — 0,2 мкм . Точность метода зависит от равномерности рас­ пределения железа в масле при отборе пробы. Следует также учитывать, что крупные частицы осаждаются в кар ­ тере, в маслопроводах и могут не попасть в пробу.

Д л я определения износа автотракторных двигателей принимают следующее распределение железа в масле: от износа гильз и поршневых колец — 85%; ov- износа шеек коленчатого вала, распределительного вала, шестерен и других деталей — 15%.

3 2

метод определения содержания железа в масле по изме­ нению электрического сопротивления масла в зависимости

физико-химических свойств, температуры, наличия в нем воды и других примесей.

полненных до одинакового уровня эталонными образцами масла. Равновесие моста нарушается, когда в одну из катушек вводят пробирку с маслом, содержащим ферро­ магнитные продукты износа. Индикатором, фиксирующим изменение индуктивности, является чувствительный: галь ­ ванометр. Прибор градуируют по пробам масла с извест­ ным содержанием железа; при градуировке составляют таблицу или строят график . По отклонению стрелки при­ бора определяют содержание железа в масле. При этом следует учитывать, что прибор реагирует не на все содер­ жание железа в масле, а только на содержание ферро­ магнитных частиц. Во Всесоюзном институте механизации сельского хозяйства разработана методика химического анализа д л я определения количества железа в фильтрую­ щем элементе фильтра тонкой очистки масла . Установ­ лено, что основная масса железа, снятого с деталей дви­

проведение химического анализа осадков фильтрующего элемента фильтра тонкой очистки масла.

Метод радиоактивных изотопов позволяет оценить изно­ состойкость сопряженных деталей по количеству радио­ активного изотопа, поступившего в процессе изнашивания с активированных деталей в масло. Он не требует много­ кратной разборки и сборки двигателя и отличается высо­ кой чувствительностью, простотой выполнения, непрерыв­ ной регистрацией измерений непосредственно при работе двигателя . П р и этом возможно изучение износа сразу

н е с к о л ь к их или отдельных деталей, а т а к ж е части поверх­ ности с продолжительностью испытаний 4—(5 ч. Метод обеспечивает достаточно высокую точность измерения, что позволяет проводить исследования с целью выявления в л и я н и я на износ режимов работы, регулировок и условий эксплуатации двигателя . Кроме того, можно исследовать

ческие процессы, высокие температуры и давление . Метод радиоактивных изотопов позволяет т а к ж е определять динамику и з н а ш и в а н и я деталей путем автоматической записи кривой нарастания износа.

Активация деталей может быть осуществлена вве­ дением радиоактивного изотопа при отливке деталей, облучением деталей нейтронами в атомном реакторе, установкой радиоактивного изотопа методом диффузии, нанесением на рабочую поверхность детали радиоактив­ ного электролитического покрытия, введением радио­ активных вставок-свидетелей. Наибольшее распростра­ нение получил метод вставок. Вставки изготовляются из проволоки, в состав которой входят следующие эле­

Измерение радиоактивности продуктов износа произ­ водят счетчиками Гейгера — Мюллера или сцинтиля - ционными счетчиками. Сцинтиляционные счетчики обла­ дают большой чувствительностью и позволяют снизить уровень активности исследуемых деталей.

В зависимости от цели исследования производится от­

и непрерывно регистрируют активность масла. П р и крат­ ковременных испытаниях отключаются масляные фильтры,

изотопов с различными энергиями излучения и специаль­ ной аппаратуры дл я раздельной регистрации этих излу -

3 4

чений. К недостаткам этого метода относится трудность количественного определения износа в связи со сложностью эталонирования .

Необходимость применения специального дорогостоя­ щего оборудования, специальных мер защиты, а т а к ж е сложность процесса активации деталей ограничивают применение этого метода.

Метод радиоактивных изотопов и его практическое применение д л я исследования износа двигателей более подробно освещены в работах [35, 92 и д р . ] .

Дифференциальный метод радиоактивных индикаторов позволяет снизить величину радиоактивности в 1000 и более раз по сравнению с объемным методом радиоактивных изотопов, что дает возможность производить исследова­ ния износа в обычных производственных условиях без применения мер радиоактивной защиты .

радиоактивного участка исследуемой поверхности, наве­ денной путем бомбардировки поверхности трения детали дейтонами, протонами или а-частицами, ускоренными на циклотроне .

Износ детали определяется сопоставлением относи­ тельного уменьшения ее активности с относительным уменьшением активности образцов, активированных одно­

лах 0,02—0,8 мм, должна быть большей или равной глу­ бине слоя детали, который изнашивается за цикл иссле­ дований. Продолжительность цикла исследований опре­ деляется исходя из конкретных условий с учетом того, что с уменьшением глубины активированного слоя увели­ чивается чувствительность метода и повышается точность измерения линейных величин износа, но снижается про­ должительность наблюдения за изнашивающейся деталью.

Затраты времени на один параметр при исследовании износа деталей двигателей дифференциальным методом радиоактивных индикаторов в зависимости от скорости и з н а ш и в а н и я исследуемой детали составляют от 20 до 50 ч;

из картера двигателя . Пробу масла облучают в реакторе мощным потоком нейтронов. По результатам исследова­ ния наведенной радиоактивности продуктов износа судят

величину абсолютного износа сопряженных деталей, а так­ же скорость их и з н а ш и в а н и я .

Сущность метода заключается в определении путем эмиссионной спектроскопии содержания продуктов износа в масле, отработавшем определенное время в двигателе. Метод обладает высокой чувствительностью и позволяет

онный спектральный анализ позволяет по изменению концентрации отдельных элементов в масле раздельно оценивать износ конкретных деталей . Н а п р и м е р , по изменению концентрации хрома в масле можно судить об ин­ тенсивности изнашивания верхних компрессионных хроми­ рованных колец; изменение концентрации в масле алюми­ ния характеризует скорость и з н а ш и в а н и я поршней . Ана­ логично можно выделить элементы, входящие и в другие детали. Этот метод не требует разборки и специальной сложной подготовки двигателя .

Д л я определения износа двигателя спектральным мето­ дом нужны приспособления и приборы д л я отбора проб

источником возбуждения; спектропроектор д л я расши­ фровки спектрограмм и качественного анализа на содер­ жание металлических примесей в масле, микрофотометр для фотометрирования спектральных линий исследуемых элементов.

36

Метод спектрального анализа и его применение д л я оценки износа двигателей подробно рассматривается в ра ­ боте [59].

По данным С. Г. Пуртова и В . П . Ермилова, затраты на проведение исследований износа двигателя разными методами (двигатель 1410,5/130) составляют: методом радиоактивных индикаторов — 47,3 руб.; методом спек­ трального анализа — 194 руб . ; методом микрометрирования — 499,1 руб . ; затраты на оборудование при вне­ дрении этих методов исследований составляют соответ­ ственно 1600, 3224 и 300 руб .

Г л а в а II

ПО К А З А Т Е Л И Н А Д Е Ж Н О С Т И

ДВ И Г А Т Е Л Я И МЕТОДЫ И Х ОПРЕДЕЛЕНИЯ

5 . О С Н О В Н Ы Е П О К А З А Т Е Л И

Н А Д Е Ж Н О С Т И Д В И Г А Т Е Л Я

Надежность — это свойство двигателя выполнять за­ данную работу, с о х р а н я я свои эксплуатационные показа ­ тели (мощность, экономичность, готовность к работе, безопасность и др.) в заданных пределах в течение тре­ буемого промежутка времени - или требуемой наработки . Под наработкой понимается продолжительность или объем работы, измеряемые в мото-часах, килограммах израсхо ­ дованного топлива, условных эталонных гектарах (трак­ торные двигатели), километрах пробега автомобиля (авто­ мобильные двигатели) и др . Понятие надежности может рассматриваться применительно к отдельным агрегатам, системам, деталям двигателя (например, топливный насос, система пуска, цилиндро - поршневая группа, коленчатый вал и др . ) . Надежность двигателя обусловливается такими составляющими, ка к безотказность, долговечность, ремон­ топригодность и сохраняемость его узлов и агрегатов [22].

Показатели надежности и уравнения для определения их численных значений различны для ремонтируемых и неремонтируемых изделий (замененных после первого отказа).

3 7

ние работоспособности. Отказы принято делить на посте­ пенные и внезапные. Иногда их делят на ожидаемые и неожиданные . Постепенные отказы (и ожидаемые) свя­

или менее значительный промежуток времени. К ним следует отнести износ поршней, поршневых колец, гильз цилиндров, подшипников, к л а п а н н ы х гнезд и других деталей. По изменениям характерных параметров на основе методов диагностики можно прогнозировать момент воз­ никновения отказа (момент достижения предельного со­ стояния) .

Внезапные отказы часто связаны с поломками (пру­

тов сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов . Показателями безотказности могут служить наработки на отказ, пара­

наработки между отказами . Этот показатель может харак ­ теризоваться средним временем безотказной работы, сред­

130 мото-ч (выпуск^тракторов 1968 г.). Исследованиями

симости от месяца работы) — от 90 до 350 мото-ч. В более напряженные периоды работы среднее время безотказной работы уменьшается.

Обследование мобильных машин в хозяйствах показы­ вает, что наибольшее число отказов приходится на дви­ гатель [7]. Установлено т а к ж е , что большая часть отказов обусловлена эксплуатационными причинами . Т а к , отказы по эксплуатационным причинам д л я автомобиля Г А З - 5 1 , тракторов ДТ - 75, МТЗ - 50 и комбайна СК-4 составили соответственно 51,3, 37,4, 39,7, 37,3% от общего количе-

38

ства отказов . Остальные отказы были обусловлены кон­ структивными и технологическими причинами.

В работе [7] д л я отремонтированных двигателей полу­ чено увеличение доли отказов и уменьшение наработки на

Параметр потока отказов, или средняя частота отказов, представляет собой среднее количество отказов в единицу времени, взятое д л я рассматриваемого момента времени. Вероятностью безотказной работы называют вероятность

39