Диагностика базик

Шифры неисправностей:

1– нарушение плотности цилиндра из-за износа или поломки поршневых колец, прогара выпускного клапана и других повреждений;

2– слишком поздний впрыск топлива;

3– слишком ранний впрыск топлива;

4– загрязнение проточной части турбины, компрессора или их повреждение;

5– плохое распыливание топлива;

6– неисправность измерительной аппаратуры;

7– закоксовывание соплового аппарата

Отметим, что работоспособность метода снижается при возникновении двух и более дефектов одновременно. Кроме того, определенную слож-

ность представляет задача определения эталонных значений параметров для всего диапазона режимов, возможных при испытаниях. Наконец, нель- зя не учитывать, что индикаторный канал (канал, соединяющий камеру сгорания с мембраной датчика) вносит заметные искажения в действи- тельную индикаторную диаграмму, определяемые еще и состоянием этого канала, в первую очередь, загрязнениями. Это также ограничивает воз- можности подобных методов.

5.3.2. Методы графического сравнения диаграмм

Авторами программно-аппаратного комплекса «Магистраль» реализо- ван метод идентификации неисправностей, лишенный, отчасти, недостат- ков рассмотренного выше метода.

В основе метода лежит предположение, что в многоцилиндровом дви- гателе рабочий процесс одного из цилиндров можно принять за эталон. Поэтому, если измерение диаграмм произвести одновременно во всех ци- линдрах двигателя, то задача нахождения эталона сводится к выбору из множества всех измеренных диаграмм лучшей диаграммы. Остальные

диаграммы сравниваются с этой эталонной диаграммой и по отклонению характеристик идентифицируется ряд дефектов двигателя. В качестве ха-

рактеристик авторы используют не только зависимость p(ϕ), но и произ-

водные этой характеристики: p′(ϕ) – скорость и p′′(ϕ) – ускорение изме-

нения давления в цилиндре в зависимости от угла поворота коленчатого вала. В качестве иллюстрации работы метода покажем изменение вида

диаграмм p(ϕ) при отклонениях регулировок угла опережения подачи то-

плива и цикловой подачи топлива в цилиндр.

При позднем впрыске топлива в цилиндр (рис. 5.8) начало видимого сгорания (характерный перегиб вблизи ВМТ) наступает позже, чем в эта- лонном процессе с меньшими скоростями изменения давления в сравне-

нии с эталонным процессом

72

p

И, наоборот, при ранней подаче топлива начало сгорания лежит на ри- сунке (рис. 5.9) левее, чем в эталонном процессе.

p

При изменениях цикловой подачи топлива и отсутствии других откло- нений, изменения сказываются на полноте диаграммы участка «горение-

расширение» (рис. 5.10). Линии p(ϕ) на эталонной и действительной диа- граммах совпадают только на начальном участке основной фазы сгорания.

73

p

-90 ВМТ 90

Рис. 5.10. Пример определения «перегруженного» по цикловой подаче цилинд- ра: – эталон; – фактически

Отметим, что приведенные примеры выбраны лишь для иллюстрации принципа графического сравнения и могут показаться достаточно просты- ми и очевидными. В действительности алгоритмы определения отклоне- ний в техническом состоянии двигателя, применяемые в комплексе «Маги- страль» значительно сложнее изложенных выше замечаний и позволяют

определять одновременно существующие неисправности двигателя с их количественной оценкой.

Контрольное задание № 5

Для указанного типа дизеля привести комбинацию диагностических па- раметров рабочего процесса, соответствующую заданной неисправности при испытании двигателя на номинальном режиме. Тип дизеля (табл. 5.2) опре- деляется последней цифрой шифра, а неисправность – предпоследней.

Таблица 5.2

Исходные данные для выполнения задания № 5

74

Методические указания к решению задачи:

Найдите в матрице неисправностей столбец с кодом, соответст- вующим заданной неисправности. Помеченные ячейки указывают на па- раметр и направление (больше – меньше), для которых будут иметь место отклонения действительных значений от эталонных.

Для определения действительных числовых значений параметров используйте данные табл. 5.3 как эталоны. Предельные значения от- клонений можно ориентировочно принять равными:

– для давления наддува pint принять ± 1 = 5% эталонного;

– для среднего индикаторного давления pmi принять ± 4 = 0,06 МПа ;

– для угла ϕZ принять ± 5 = 5о п.к.в. ;

– для температуры газов tГ принять ± 6 = 40 оС.

Окончательно приведите численные значения всех шести диагно- стических параметров, входящих в матрицу неисправностей.

Таблица 5.3

Некоторые параметры работы тепловозных дизелей на режиме номинальной мощности

6. ДИАГНОСТИКА МАШИН И МЕХАНИЗМОВ ПО СОСТАВУ СМАЗКИ

75

Большинство механизмов локомотива требует смазки для снижения трения и износов. Несмотря на это, износ, с той или иной интенсивностью, всегда имеет место. При этом в смазку переносятся частицы вещества с изношенной поверхности, количественная оценка которых позволяет оп- ределить текущее состояние изнашиваемых узлов машины, а, в случае многократных периодических замеров, прогнозировать развитие износа. Кроме износа деталей, состав смазки позволяет оценить и некоторые де- фекты не связанные непосредственно с износом, например, загрязнение фильтров, обводнение и «старение» смазочных материалов и др. Поэто-

му в организации оперативного диагностического контроля тепловозного дизеля важное место принадлежит методам и средствам анализа рабо- тавшего масла.

6.1. Методы и средства определения элементов износа

Рассмотрим методы определения химического состава, получившие

распространение в практике работы локомотиворемонтных предприятий применительно для анализа моторного масла тепловозного дизеля. Для количественной оценки элементов износа в работавшем масле существу- ет ряд методов: спектральный анализ, колориметрические, индукционные, метод вставок и др. (рис. 6.1).

(атомно-абсорбционный)

Радиоактивный

Метод вставок

др.

Рис. 6.1. Схема классификации методов количественного определения элемен-

тов износа

Колориметрические методы («color» цвет) основаны на измерении оп- тической плотности стандартного раствора и раствора, полученного путем

76

обработки пробы работавшего масла. Метод отличается большой трудо- емкостью, так как требует озоления пробы работавшего масла (до 2 часов) и приготовления исходных растворов. Перед проведением анализов стро- ится тарировочный график, по которому определяется оптическая плот- ность рабочих растворов, что требует, в свою очередь, приготовления эта- лонного раствора. Пробы масла анализируют на содержание железа, меди или алюминия. В нормальных условиях работы дизеля содержание этих элементов не должно превышать соответственно 15,5 и 4 г/м3. В дизеле

со сверхнормативным износом трущихся частей содержание указанных элементов соответственно равно 24,1 и 5 г/м3.

Применение индукционного метода отличается простотой, оперативно- стью измерений, но позволяет определить в масле только один элемент – железо. Принцип действия приборов, для определения концентрации же- леза в масле понятен из рис. 6.2.

•введением радиоактивного изотопа при их отливке;

•облучением деталей нейтронами в атомном реакторе;

•нанесением на поверхность детали радиоактивного электролитиче- ского покрытия;

•введением вставок-свидетелей.

Метод вставок получил наибольшее распространение. Вставки изго- тавливаются из проволоки, состоящей из кобальта (44 %), никеля (54 %),

77

углерода, магния и фосфора. Проволока облучается нейтронами в атом- ном реакторе, что создает радиоактивный изотоп с атомной массой 60.

Радиоактивность измеряют счетчиками Гейгера-Мюллера или сцинтил- ляционными счетчиками.

Применяя активацию различными изотопами для различных узлов двигателя, можно впоследствии идентифицировать степень износа каж- дого из них.

Данный анализ, обладая исключительно высокой чувствительностью и точностью, позволяет осуществлять непрерывную регистрацию измерений непосредственно при работе двигателя. Основным недостатком его явля- ется сложность переоборудования двигателя, высокая стоимость измери- тельной аппаратуры и потребность в биологической защите обслуживаю- щего персонала. Количество определяемых элементов, как правило, огра- ничивается и не превышает двух.

Метод нейтронной активации работавшего масла не требует переобо- рудования двигателя для диагностики, так как проба масла, взятая из него, облучается затем в реакторе мощным потоком нейтронов, после чего про- дукты износа становятся радиоактивными. Однако сама активация и рас- шифровка результатов представляет весьма сложную задачу. Данному методу присущи те же достоинства и недостатки, что и радиоактивному.

Разновидностью метода вставок является применение вставок из ха- рактерных не активированных материалов, отличных от материалов изна- шиваемых деталей. Эти вставки устанавливаются так, чтобы до достиже- ния критических износов деталей материал вставки не попадал бы в мас- ло. Поэтому, его появление в масле означает превышение допустимого

для эксплуатации порога износа и сигнализирует о необходимости замены или восстановления контролируемого узла. Практически применение этого метода требует доработки конструкции двигателя и ограничено заложен- ной на стадии проектирования контролепригодностью двигателя.

Одновременно определить концентрацию в масле большого количест- ва элементов позволяет спектральный анализ. Известно большое множе- ство методов спектрального анализа. Во всех методах используется из- вестная, характерная для каждого вещества, зависимость распределения интенсивности светового и инфракрасного (ИК) излучения атомов на раз- ных частотах. Переход атомов из одного энергетического состояния в дру- гое, например, при сжигании вещества, сопровождается излучением, ле- жащим в большей части в ИК-области спектра. Любое вещество имеет свой, совершенно определенный, спектр. На этом эффекте основана ра- бота установок спектрального анализа по спектру излучения. На рис. 6.3. приведен спектр картерного масла, полученный на спектрографе – устрой- стве, графически фиксирующем разложенное в спектр излучение. В самых простейших случаях используется фотографирование спектра.

78

Рис. 6.3. Фрагмент спектра картерного масла

Другая группа устройств (спектрофотометры) измеряет интенсивность излучения в характерных его зонах, каждой из которых, как следует из рис. 6.3, соответствует свой химический элемент. Метод получил назва- ние эмиссионного спектрального анализа.

Рассмотрим принцип работы квантометрических устройств на примере установки для экспрессного анализа масла типа МФС-3.

Пробу масла помещают в ванночку так, что при вращении подвижного электрода 2, масло постоянно подается в зону электрической дуги между электродами 2 и 3. Высокое напряжение, необходимое для пробоя зазора между электродами создается генератором 1, питаемым в свою очередь переменным током напряжением 220В, 50Гц. ИК-излучение фокусируется на призму, после прохождения которой разлагается в спектр. С помощью системы зеркал 5 отдельные выделенные участки излучения попадают на фотоэлементы 7, ток в выходных цепях которых оказывается пропорцио- нальным интенсивности падающего на них света. Электронная оснащение установки МФС-3 позволяет автоматически измерить и зафиксировать ин- тенсивность излучения в отдельных участках и линиях спектра.

Рис. 6.4. Структурная схема установки типа МФС-3: 1 – генератор; 3, 2 – электроды; 4 – микрометрическая щель; 5 – зеркала; 6 – кварцевая призма; 7 – фотоэлементы; 8 – электронный блок преоб- разования; 9 – устройства индикации и регистрации измерений

79

Однозначность спектров элементов связана с закономерностями струк- туры энергетических состояний электронов в атоме. При этом интенсив- ность излучения (лучистый поток) Е, Вт определяется уравнением

где m, R – постоянные, определяемые опытным путем; К – концентрация элемента в масле.

В настоящее время в ряде дорожных химико-технологических лабора- торий используется современный спектрометр МФС-7 (рис. 6.5). Принци- пиальных отличий в его работе по сравнению с рассмотренной установ- кой МФС-3 нет. Обновление связано с использованием одноплатного кон- троллера, работающего под управлением IBM-совместимого компьютера. Программа компьютера обеспечивает автоматическое управление и кон- троль технического состояния системы, автоматическую обработку ана- литических сигналов, в том числе усреднение и оценку погрешности ре- зультатов измерений, расчет оптимальных регрессионных моделей гра- дуировочных характеристик, учет фона, графическое представление гра- дуировочных кривых, оценку погрешности градуировки; автоматическую корректировку градуировки; расчет результатов анализа в единицах кон-

80