книги из ГПНТБ / Гаркави, Н. Г. Эксплуатация средств технического вооружения железнодорожных и дорожных войск учебник

во втором—за пределы плоскостей вращения. Биения являются результатом деформации деталей, нарушения их балансировки,

гатов пли машин в целом возникает часто по тем же причинам, что и биение ц, кроме того, характеризует в целом посадки и креп­ ления деталей. В тех случаях, когда частота колебаний, вызван­ ных работой механизма, совпадает с частотой его собственных ко­ лебаний, возникает резонанс, вызывающий резкое усиление сту­ ков и шумов.

По параметрам вибрации (амплитуда и частота) возможна ди­ агностика двигателей, редукторов и ряда других механизмов. Виб­ рации проверяемых механизмов записываются вибрографами или электроизмерительными приборами, преобразующими механиче­ ские колебания в электрические величины.

Шумы и стуки—-акустические излучения, сопровождающие ра­ боту механизмов, отражают физические процессы, происходящие в них. Параметры акустических излучений—те же, чго и вибра­ ции, имеют функциональную связь с характеристиками техниче­ ского состояния машин.

Трудность использования вибраций, шумов и стуков в качестзе диагностических признаков определяется тем, что в формировании параметров этих признаков участвуют одновременно все детали и установить влияние каждой из них по параметрам симптома очень затруднительно.

Существует два метода звуковой и вибрационной диагностики: корреляционный и спектральный.

Корреляционный метод заключается в выявлении колебаний, обусловленных неисправностями, путем гашения всех остальных колебаний, создаваемых другими работающими деталями и явля­ ющихся в данном случае помехами. Для этого сигналы проверяе­ мого механизма превращают в электрические и направляют в из­ мерительный прибор по двум каналам, один из которых является задерживающим. Этим добиваются накладывания друг на друга со сдвигом ритмичных колебаний (помех), в результате чего по­ мехи гасятся, а скрытые полезные сигналы выделяются.

Спектральный метод состоит из получения и анализа звукового или вибрационного амплитудного спектра, т. е. совокупности гар­ монических колебаний, возникающих при работе проверяемого ме­ ханизма. Как известно, всякое сложное колебание можно, при по­ мощи специальных приборов, разложить на гармонические состав­ ляющие, при этом амплитуды могут быть измерены для каждого из диапазонов частот в отдельности. Величины амплитуд колеба­ ний в узких диапазонах соответствующих им частот довольно точ­ но характеризуют техническое состояние отдельных деталей. Сле­ довательно, после определения амплитуды и частот колебаний нормально работающих деталей и механизмов можно будет,

60

сравнивая действительные амплитуды с нормативными, определить состояние механизма и деталей.

Давление газов или жидкостей и их утечки из рабочих объемов (цилиндров двигателей, гидросистем управления и т. и.) являются признаками качества их герметичности и исправности герметизи­ рующих деталей (колец, поршней, пробок, вентилей и т. п.). К ди­ агностическим признакам этого вида относятся, например, давле­ ние масла в системе смазки, воздуха или жидкости в системе управления, компрессия в цилиндре двигателя внутреннего сгора­ ния. давление в картере двигателя и другие.

Тепловое состояние узла трения является важным показателем работоспособности узла,, поскольку выделение тепла соответствует работе трения, а работа трения объему изнашивания. Кроме того, часто оно характеризует и служебные свойства отдельных агрега­ тов, например, радиатора системы охлаждения, процесс сгорания топлива двигателя и т. д. Оно может определяться как темпера­ турой масла в картерах механизмов, так и температурой наруж­ ных поверхностей узлов трения, например, подшипников.

Динамика накопления в картерном масле продуктов износа яв­ ляется достаточно точным комплексным показателем технического состояния редукторов и двигателей внутреннего сгорания. Накоп­ ление продуктов износа (металла) в масле определяется при по­ мощи химического, спектрографического или электрического ана­ лизов.

С помощью химического анализа проб масла обычно находит­ ся суммарное количество в нем продуктов износа всех металлов.

Спектрографический анализ очень точно определяет содержа­ ние в масле каждого металла в отдельности. При этом анализе спектр пробы масла, сжигаемой в пламени вольтовой дуги, фото­ графируется через спектрограф. Наличие и яркость спектральных линий различных металлов характеризует их содержание в масле.

Наиболее просто и быстро концентрация металла в масле мо­ жет быть установлена при помощи электрического прибора, кото­ рый фиксирует изменение индуктивности катушки, в которую по­ мещают сначала пробирку с чистым маслом, а затем такую же пробирку с проверяемым маслом, содержащим продукты износа.

При использовании каждого способа пробы масла должны браться систематически, через определенные периоды времени. По их результатам строятся кривые накопления продуктов износа (при спектрографическом методе каждого металла в отдельности, например, железа— для цилиндра двигателя, алюминия—для поршней, свинца—для подшипников коленчатого вала и т. д.), по которым можно судить об интенсивости изнашивания. Если из­ вестна предельно допустимая концентрация металла в масле или крутизна нарастания ее, то можно найти ресурс работы механиз­ ма или его неисправность.

Эффективность работы агрегатов и всей машины в целом, т. е. уровень выполнения ими основных функций является комплекс­

61

ным признаком, обусловливающим дальнейшую диагностику. Кри­ терии эффективности работы строительно-восстановительных ма­ шин еще не установлены полностью. Для автомобилей, при комп­ лексной диагностике, определяют мощность двигателя и работу тормозов, хотя этим не достигается получение информации о со­ стоянии машины в целом.

Косвенный метод комплексной диагностики заключается в том, что мощность, подводимую к ведущим колесам автомобиля, опре­ деляют по интенсивности разгона на горизонтальном участке или по величине преодолеваемого уклона, а тормозное усилие — по ве­ личине тормозного пути. Этот метод не обеспечивает получения точных результатов и для его применения требуются специальные условия (погодные, дорожные и др.).

Удобнее на постах диагностики использовать специальные стен­ ды с беговыми п тормозными барабанами, оборудованные нагру­ зочными устройствами и измерительными приборами. С помощью этих стендов (рис. 7) можно определять:

1) мощность на ведущих колесах, т. е. с учетом потерь в тран миссии и на валу двигателя — по крутящему моменту и скорости вращения тормозных барабанов;

62

2) потери в трансмиссии— по продолжительности вращении тормозных барабанов после установки рычага коробки перемены передач в нейтральное положение;

3) работу тормозов — по продолжительности вращения тор­ мозных барабанов после затормаживания колес автомобиля;

4) расход топлива на различных режимах.

В настоящее время существует много разнообразных конструк­ ций стендов, отличающихся между собой как принципами работы, так и конструкцией. Все эти стенды не позволяют установить точ­ но состояние всех агрегатов машины, в основном они характери­ зуют состояние двигателей. Для строительно-восстановительных машин методы и оборудование диагностики разработаны пока со­ вершенно недостаточно.

Ниже приводятся основные методы определения техническогосостояния и регулировки отдельных узлов и агрегатов машин.

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

На рис. 8 представлена принципиальная схема диагностики технического состояния карбюраторного двигателя.

Одним из способов определения мощностных показателей дви­

теля, следовательно, если при этом работающий цилиндр глохнет, то его мощность составляет не более, чем 4/s номинала (Vsi'M-

63

Состояние цилиндро-поршневой группы можно определить не­ сколькими способами.

Соединение компрессометра с камерой сжатия путем ввинчи­ вания его в отверстие для свечи или форсунки позволяет измерить давление сжатия. Понижение этого давления говорит об износе деталей цилиндро-поршневой группы или неплотности посадки клапанов.

Более полное представление о состоянии цилиндро-поршневой группы, прокладки головки блока и герметичности клапанов мож­ но получить по величине утечки сжатого воздуха из цилиндра, при закрытых клапанах с помощью прибора НИИАТ. Замер произво­ дится на предварительно подогретом двигателе при положении поршня в в. м. т.

Судить об изношенности цилиндра, поршня и колец можно по количеству отработавших газов, прорывающихся в картер полно­ стью нагруженного двигателя. Измерение этого количества с точ­ ностью до 1 л осуществляется газовым счетчиком, подключаемым к маслоналивному патрубку двигателя резиновым шлангом. Если, например, у двигателя автомобиля ЗИЛ-130 в картер прорывается 125—130 л/мин, то его необходимо ремонтировать. Этим методом невозможно установить, износ какой детали вызвал увеличенный прорыв газов в картер.

Прорыв отработавших газов в картер приводит к увеличению в нем давления. В картере двигателя Г'АЗ-51 пом износе колец из­ быточное давление равно 200—275 мм вод. ст. Замер давления во­ дяными пьезометрами в условиях эксплуатации затруднителен.

Состояние цилиндро-поршневой группы, как и системы впуска, характеризуется величиной разрежения во впускном трубопроводе между карбюратором и впускными клапанами. Разрежение изме­ ряется вакуумметром, присоединяемым к отверстию впускного трубопровода возможно ближе к фланцу карбюратора. При ра­ боте двигателя на холостом ходу разрежение 430—560 мм рт. сг. является удовлетворительным.

Неисправности цилиндро-поршневой группы, системы питания, а также пробой прокладки головки блока цилиндров характери­ зуются химическим составом и цветом отработавших газов. Эта проверка может производиться газоанализаторами (для карбюра­ торных двигателей) или дымомерами (для дизельных двигателей). В термоэлектрических газоанализаторах используется изменение температуры каталитического сгорания окиси углерода на пла­ тиновой нити, зависящее от состава отработавших газов. В меха­ нических газоанализаторах анализируется плотность отработав­ ших газов, а в оптических — поглощение ими лучистой энергии.

В дымомерах поток газов пересекает лучи света, падающие на фотоэлемент, в результате вырабатываемый им ток изменяется в зависимости от проницаемости газов.

€4

Цилиндро-поршневую группу двигателей, а также пневматиче­ ские системы управления можно диагностировать с помощью уль­ тразвуковых стетоскопов, основанных на том, что утечка газов со­ провождается ультразвуковыми колебаниями. Эти колебания пре­ образуются в более низкочастотные или электрические. Первые прослушиваются, вторые — фиксируются с помощью осцилло­ графов.

Размеры зазоров в цилиндро-поршневой группе характеризу­ ются величиной шума, возникающего при работе двигателя. Для прослушивания шумов и стуков применяются стетоскопы различ­ ных типов. Один из них, резонансный, может регулировать частоту воспринимаемых колебаний с целью настройки его в резонанс с

сельского хозяйства создана установка, определяющая по пара­ метрам шума величину зазоров в цилиндро-поршневой группе с точностью до 3—4,5%.

Показателями состояния кривошипно-шатунного механизма являются температура и давление масла в системе смазки. Низ­ кое давление указывает на значительный износ одного или не­ скольких подшипников и шеек коленчатого вала. Высокая темпе­ ратура говорит о ненормальном трении. Однако оба эти показа­ теля изменяются и в зависимости от ряда других причин —работы систем питания, зажигания, охлаждения, засоренности фильтров и др., поэтому их информационная цен­ ность не очень велика. -Вопросы диагности­ рования криво,ши!П'НО-1шатунно.го механиз­ ма без -разборки еще не .решены.

Методы определения технического со­ стояния системы питания без демонтажа ее элементов и двигателя в настоящее вре­

ходов которых пропорционально расходу топлива. В фотоэлектри­ ческих расходомерах топливо, перемещаясь по топливопроводу, вращает крыльчатую ось с «флажком». «Флажок» перекрывает

опвар'Сгие, через .которое .проходит луч света, .падающий на фото­ элемент. Ток, вырабатываемый фотоэлементом, изменяется в за­ висимости от скорости вращения флажка и .по его величине .можносудить о расходе топлива.

Производительность и давление нагнетания топливного насоса определяются с помощью прибора, включаемого в топливопровод между насосом и карбюратором. Давление измеряется маномет­

правностях отдельных приборов. Необходимое для этих целей обо­ рудование еще не создано.

Диагностика системы охлаждения заключается в определении, ее теплового состояния и герметичности. О первом судят по пере­ паду температур между верхней п нижней частями радиатора, за­ меряемому дифференциальным электрическим термометром. Этот прибор состоит из двух параллельно соединенных электротермо­ метров, т. е. двух датчиков (термосопротпвленнй), двух равновес­ ных мостов с дополнительными сопротивлениями и реостатами и двух индикаторов-микроамперметров. Мосты подключены к акку­ муляторной батарее: при одинаковой температуре датчиков систе­ ма находится в равновесии и ток в цепи отсутствует. Величина то­ ка характеризует разность температур.

Герметичность системы охлаждения проверяется опрессовкой при создании в системе повышенного давления. При отсутствии подтеканий показания манометра будут стабильными.

Проникновение газов из цилиндров в систему охлаждения можно обнаружить химическим индикатором.

Проверка системы зажигания является очень большим и важ­ ным комплексом работ. Существующее для этой пели оборудова­ ние имеет тот недостаток, что его применение требует демонтажа или проверки по отдельным элементам системы с последователь­ ным отключением' их из цепей зажигания и присоединения к ним контрольных приборов. Поэтому проверка довольно трудоемка и не обеспечивает получения полною представления о состоянии си­ стемы в целом.

Удобно использование для проверки работающего двигателя осциллоскопа,, например, ЭО-7. Включение его по разным вариан­ там позволяет определить состояние различных элементов систе­ мы зажигания. С помощью его можно определить: угол замкну­ того состояния контактов прерывателя, степень износа втулки ва­ лика прерывателя, неравномерность износа кулачков, исправность конденсатора и катушки зажигания, правильность зазора между электродами свечей, напряжение аккумуляторных батарей, т. ш все основные показатели системы зажигания.

66

О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Т Е Х Н И Ч Е С К О Г О С О С Т О Я Н И Я Т Р А Н С М И С С И И

Основной причиной отказов зубчатых передач, которые чаще всего применяются в качестве элемента трансмиссии, является нарушение параметров их регулировки и режимов смазки.

Оценить техническое состояние зубчатых передач без разборки можно измерением их к. п. д., суммарного бокового зазора и па­ раметров вибрации.

К- п. д. трансмиссии часто определяют с помощью различных динамометрических устройств, измеряющих крутящие моменты, создаваемые двигателем на входе в передачу и при выходе из нее. Недостатком этого способа является низкая точность результатов измерения, так как приходится измерять очень небольшие изме­ нения значительных крутящих моментов. Кроме того, исследова­ ния развития разрушений в зубчатой передаче показывают, что

зазоров отдельных пар, входящих в кинематическую цепь. Суммар­ ный боковой зазор обычно определяется по суммарному угловому зазору, измеряемому люфтомером, стрелка которого закрепляется на выходном вале, а градуированная шкала на корпусе редук­ тора или другой неподвижной базе. Входной вал редуктора при этом покачивается динамометрическим ключом таким образом, чтобы усилие на ключе было постоянно (увеличение усилия сви­ детельствует о входе в зацепление зубьев колес).

Метод определения состояния трансмиссий путем измерения суммарных угловых зазоров применяется при контроле автомоби­ лей. Установлено, что для автомобилей ГАЗ-53 интенсивность на­ растания суммарного углового зазора в главной передаче состав­ ляет около 0,17° на 1000 км пробега, а для ЗИЛ-130 — 0,22°.

Перспективным является метод виброакустической диагности­ ки состояния зубчатых передач. Основой этого метода является то, что основными элементами зубчатых передач являются под­ шипники и шестерни, работающие с определенными зазорами, об­ условливающими ударное приложение нагрузки и вызывающими вибрацию деталей и агрегатов в целом. Амплитуда вибрации и энергия удара приблизительно пропорциональны величине зазора, количеству и величине надломов, сколов и трещин в элементах со­ пряженных пар, следовательно по величинам этих показателей можно судить о состоянии зубчатой передачи.

Виброакустические характеристики редукторов снимаются виб­ рометрами (вибрографами) с пьезоэлектрическими датчиками ускорений и спектрометрами. Проведенные эксперименты показа­ ли, что между суммарным боковым зазором, ускорением и ампли­ тудой вибраций имеется тесная корреляционная связь. Увеличение зазора в два раза вызывает рост ускорения вибрации примерно

в 4 раза. У новых шестерен при оптимальном зазоре 0,15—0,25 мм ускорение вибраций минимально и равно 4,5—6,0 м/сек2. Увеличе­ ние или уменьшение зазора вызывает всегда увеличение ускорения вибраций.

Особенно плодотворно использование ускорения вибраций в качестве диагностического симптома для подшипников качения. Числовое значение этого ускорения и характер его изменения в зависимости от количества оборотов, совершенных с начала перио­ да проверки, позволяют определить величины зазоров и натягов

вних, наличие трещин, сколов.

Спомощью всех этих методов можно определить общее состоя­ ние зубчатой передачи в целом. Состояние ее отдельных элемен­ тов делается известным только после разборки.

Выход из строя зубчатых колес—основных элементов зубча­ тых передач является следствием поломки млн изнашивания зубь­ ев. Причин того или другого может быть очень много.

В открытых зубчатых передачах, которые часто встречаются в строительных машинах, основным видом износа зубьев являет­ ся абразивный, происходящий вследствие попадания на зубья пы­ ли, грязи и т. п.

В закрытых зубчатых передачах износ зубьев происходит в ос­ новном за счет появления на их рабочих поверхностях задиров и поверхностных выкрашиваний усталостного характера — оспин.

Задиры обычно возникают на головках зубьев в виде попереч­

ных полосок. Основной причиной задиров на рабочих поверхно­ стях являются высокие давления и отсутствие смазки или ее чрез­ мерная вязкость.

Выкрашивание металла зуба, начинающееся обычно на его ножке, является следствием усталостных явлений.

Интенсивность изнашивания зубчатых передач i можно опре­ делить по формуле

с ним колеса.

68

При больших окружных скоростях зубчатых колес предельный износ зубьев определяется тем, что искажение форм зуба в ре­ зультате его износа вызывает появление дополнительных нагру­ зок, которые по данным В. А. Мухина могут втрое превышать рас­ четные. В связи с этим, предельный износ зубьев шестерен с окруж­ ной скоростью более 3 м/с принимается равным 3—1 0 % толщины зуба. При меньших окружных скоростях предельный износ зубьев определяется условиями их прочности.

Напряжение изгиба для сечения зуба по начальной окружно­ сти равно

предельный износ зубьев тихоходных колес может составить 10 — 25% толщины зуба по начальной окружности.

При доброкачественно изготовленных шестернях и хорошем качестве смазки продолжительность и правильность работы зуб­ чатой передачи зависит от следующих основных условий:

1. Взаимное касание начальных окружностей колес,

2 . Параллельность осей цилиндрических колес и соблюдение проектных углов пересечения осей конических колес,

69