Технические науки/4.Транспорт

К.т.н., доцент Туленов А.Т, магистр Горская Н.А., к.т.н. Пернебеков С.С., к.т.н. Джунисбеков А.С.

Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауезова

Прогнозирование отказов автомобилей методом спектрального анализа масел

 

В процессе длительной работы автомобиля в его механизмах, агрегатах и системах  возникают неисправности, которые приводят к ухудшению его эксплуатационных свойств и снижению эффективности использования. Износ деталей является главной причиной, вызывающей неисправности автомобиля в процессе эксплуатации и характеризуется изменением формы и размеров деталей. В результате износа трущихся поверхностей увеличиваются зазоры в подвижных сопряжениях деталей, изменяется взаимное их расположение, что нарушает регулировку механизмов и систем.

Двигатели внутреннего сгорания на 70-80% выходят из строя по причине износа трущихся пар и на основании анализа существующих методов диагностики и сравнительной оценки их достоверности, а также информативности, трудоемкости и экономичности,  выбран метод контроля картерного масла с использованием эмиссионного спектрального анализа на содержание продуктов износа деталей.

Методика проведения спектрального анализа картерных масел ДВС, позволяет определять закономерности изнашивания основных конструктивных элементов автомобилей. Разработанные нормативы удельных затрат на поддержание ДВС в эксплуатации, выявленные путем совершенствования комплекса технических воздействий, направлены на обеспечение работоспособности автомобилей в условиях эксплуатации с минимальным использованием трудовых и материальных ресурсов.

Процесс поступления продуктов износа в масло подчиняется уравнению изменения концентрации примесей в масле по времени работы t  /1/

                               ,                                      (1)

где К0 , Кt – концентрация продуктов износа в масле в начальный и исследуемый моменты времени, %; qф, qy – интенсивность очистки и угара масла, кг/ч; G – масса масла в картере двигателя, кг; g – скорость изнашивания деталей, кг/ч.

Из уравнения (1) следует, что при длительной работе масла в двигателе, постоянная интенсивность очистки и расхода масла, скорость изнашивания двигателя может контролироваться концентрацией продуктов износа в масле. При возникновении какого-либо дефекта в трущейся паре, связанного с ее прогрессирующим износом, интенсивность нарастания, а также количественное содержание в масле металла, характерного для данной пары, резко увеличивается.

Метод спектрального анализа масел обладает высокой чувствительностью и позволяет определить в масле содержание всех металлов. По содержанию в масле элемента, характерного для материала детали, можно проследить динамику ее изнашивания. Эмиссионный спектральный анализ позволяет по изменению концентрации отдельных элементов в масле раздельно оценить износ конкретных деталей.

По выявленной информации подконтрольной эксплуатации автомобилей определен оптимальный ресурс дизельного двигателя КамАЗ-740. В целом , в результате обработки исходной информации подконтрольной эксплуатации автомобилей определены, по результатам спектрального анализа моторного масла и учета его долива – износ гильз цилиндров двигателя от наработки и стоимости компенсации потерь от износа.

Числовые значения параметров кривых зависимостей позволили провести совместную оптимизацию ресурса, периодичности операций технического обслуживания – замены картерного масла и предельного износа  un. По полученным данным и известным соотношениям рассчитаны интервальные стоимости и расход масла.

Разработанные нормативы удельных затрат на поддержание ДВС в эксплуатации, выявленные путем совершенствования комплекса технических воздействий, направлены на обеспечение работоспособности автомобилей в условиях эксплуатации с минимальным использованием трудовых и материальных ресурсов.

Метод диагностирования двигателей по параметрам работавшего масла является наиболее эффективным. К основным его преимуществам относится высокая информативность, возможность раннего обнаружения неисправностей двигателя без его разборки, установление необходимости своевременной замены масла, предотвращение отказов в двигателе, в частности, из-за повышенного загрязнения и износа деталей.

Моторное масло является носителем комплексной информации о работе двигателя с точки зрения износа трущихся пар, развивающихся дефектов отдельных узлов и деталей, отклонений в протекании рабочего процесса, работоспособности систем смазки, охлаждения, топливоподачи, очистки воздуха от пыли и т.п.

При решении уравнения

                                      ,                                                 (2)                                                                         

принято, что за рассматриваемый промежуток времени примеси в моторное масло поступают равномерно, скорости их уноса и угара постоянны, а осаждение на стенках трубопроводов сравнительно невелико.

Зависимость скорости поступления продуктов износа в масло выражается формулой

                                      ,   кг/ч                                                      (3)

Зависимость скоростей соответственно угара и долива масла

                                      ,кг/ч                                                       (4)                                                                                                                  

                                      ,кг/ч                                                        (5)                                                                                                          

Учитывая, что приведенная интенсивность циркуляции масла в маслоочистителе  и интенсивность поступления несгоревшего топлива в масло , дифференциальное уравнение баланса примесей в системе смазки примет следующий вид:

                                                                               (6)            

Для определения интенсивности поступления продуктов износа в моторное масло необходимо преобразовать уравнение (6). Исходя из того, что скорость поступления продуктов износа в масло при наработке t = 0 также равна нулю =0, а также из того, что топливо в масло не поступает qT =0, и скорость угара масла равна скорости долива qy =qд  , получено выражение для скорости поступления продуктов износа в масло в зависимости от концентрации  К  в масле :

                                                                               (7)

Для оптимизации износа, ресурса и периодичности технического обслуживания двигателя использована модель ( ).

Среднюю скорость поступления железа в моторное масло, выразим следующей зависимостью

                                  g=0,91 t0,64 , г/тыс.км                                      (8)

       Зависимость количества поступающего в масло железа от наработки

                                                                                            (9)

Неравномерный износ объясняется разжижением масляной пленки и сдуванием ее рабочей смесью, поступающей в цилиндр в парообразной и жидкостной фазах со скоростью, близкой к скорости звука, и влиянием конструктивных параметров отдельных элементов конструкции двигателя.

Масса снятого металла с гильзы цилиндра двигателя

                ,                                    (10)

где  d – внутренний диаметр гильзы цилиндра до износа, мм; D – внутренний диаметр изношенной гильзы цилиндра в верхнем рабочем поясе, мм;  H- высота гильзы по образующей, мм; - плотность металла гильзы цилиндра, г/мм3 .

Так как на гильзы приходится 60% от общего количества железа в масле, то масса снятого металла с одной гильзы цилиндра рассчитывается по формуле

                               , г                                                  (11)

Износ гильзы цилиндра в верхнем рабочем поясе

                              , мкм                                                   (12)

С учетом угара и стоимости масла, зависимость стоимости компенсации потерь от износа определяется

                            Скп = 3,31 * 10-4 и2,2, тенге                                 (13)

Постоянный контроль за состоянием картерного масла не только дает достоверную информацию об изменении технического состояния  двигателя, но и позволяет путем своевременной замены масла существенно уменьшить интенсивность изнашивания деталей.   

Оптимальное значение ресурса за предельный износ  при оптимальной периодичности технического обслуживания определяется

Разработанные нормативы удельных затрат на поддержание ДВС в эксплуатации, выявленные путем совершенствования комплекса технических воздействий, направлены на обеспечение работоспособности автомобилей с минимальным использованием трудовых и материальных ресурсов.

Литература

1. Голещихин Ю.И. Техническая диагностика судовых дизелей по комплексному анализу масла/ Ю.И.Голещихин, В.Б.Ломухин. - М.:ЦБНТИ, 1990 вып.1.-30 с.

2. Кюрегян С.К. Атомный спектральный анализ нефтепродуктов/ С.К. Кюрегян. -М.: Химия, 1985.- 320 с.

3.Надежность и ремонт машин /В.Курчаткин, Н.Тельнов и др.-М.: Колос, 2000.  - 776 с.