автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Диагностирование цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания пневматическим способом при низких рабочих давлениях

оа

На правах рукописи

САЗОНОВ Константин Александрович

ДИАГНОСТИРОВАНИИ ЦИЛЯНДРО-ПОРИНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИМ СПОСОБОМ ПРИ НИЗКИХ РАБОЧИХ ДАВЛЕНИЯХ

Специальность 05.20.03 -эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат

диссертации на соис анив ученой степени кандидата технических наук

Челчбииск-1997

Работа выполнена в Челябинской государственном агроинженериом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Игнатьев Г.С.

Научный консультант: кандидат технических наук

Гурьянов С.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Васильев Ю.А. кандидат технический наук Кукильский И.А.

Ведущая организация - Центр стандартизации и метрологии 1 "Челябинскагрояромстандарт"

Защита состоится г л Л- ' 1997 г. в / Р часов

на заседании диссертационного совета К 120.46.03 Челябинского государственного агроиняенерного университета по адресу: 454080, г.Челябинск, пр.Ленина,75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного агроинженерного университета.

Автореферат разослан "/¿Г" ееЛТЛс^Л 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Стрижов В.А.

Актуальность темы. Работоспособность я технико-экономические показатели использования двигателя внутреннего сгорания (ДВСЗ определяются техническим состояние;! взаииодейстнуг^их неЕду собой его систем и механизмов. Неисправности, возникаете при работе двигателя, монно условно разделить иа две группа:

- неисправности, устраняемые регулировками в соответствующих системах;

- неисправности, устранение которых требует восстановления геометрической формы и размеров сопрягаемых деталей.

Неиспдавности, относящиеся ко второй группе, определяет ресурс двигателя.

Известно, что цилиидро-порпневая группа (ЦПГ) ограничивает технический ресурс ДБС до капитального ремонта. Изигпзвание деталей ЦПГ вызывает изменение практически всех зкеплуатациошшх показателей ДСС:. происходит ухудгеняе процессоз смесеобразования сгорания, нарушение иоркалышх рсялясз с.мазк::, з лзгерь'

иоциссти па трение, изхеизпле з сссгдга страсставзих гасоз « г.д.

Для определения фактического состояния ЦПГ я выявления потребности ДВС з ремонте кспользувт методы а средства технического диагностирования.

Результативность диагностирозания ЦПГ во многой зависит от достоверности оценки технического состояния ее отдельных деталей и сопряжений. Однако больпинство способов диагностирования позволяет оценивать лиаь общее техническое состояние группы и клапанов газораспределения.

В этой связи разработка способа диагностирования ЦПГ, позволяющего с необходимой точностьп оценивать степень изношенности отдельных деталей и сопряжений и своевременно выявлять потребность в ремонте, является актуальной задачей диагностирования ДЗС.

Цель исследования. Разработка пневматического способа диагностирования ЦПГ, обеспечивавшего в сравнении с известными способами повышение точности поэлементной оценки технического состояния, своевременное выявление потребности ДБС в ремонте и повышение степени использования ресурса двигателя.

Объект исследований -параметры технического состояния ЦПГ

две.

Предмет исследования. Зависимости кенду параметрами технического состояния ЦПГ прн диагностировании пневматическим спосо-

бои при низких рабочих давлениях (на примере ЦПГ двигателей УМЗ-417 и ЗМЗ-24).

1'етодь: исследования - теоретические и экспериментальные. Кетодаиа теоретического анализа обоснована величина рабочего давления пневмокалибратора, обеспечивающая возможность поэлемент-еой оценки сопряжений ЦПГ. В результате анализа возмонных путей истечения воздуха из надпорыневого пространства при диагностирования обоснована диагностические параметры, позволяющие независимо оценивать состояние конкретных сопряжений ЦПГ.

Экспериментальным методом определены зависимости диагностических параметров от структурных - износа гильзы цилиндра и торцовых зазоров в канавках поршня. Определены решим и условия диагностирования. Обоснованы нормативные значения диагностических параметров.

Научная нозязна. Определены функциональные зависимости диагностических параметров от структурных для сопряжений "кольцо-гильза" и "кольцо-канавка", отличающиеся тем, что в них учитывается конструктивные параметры деталей ЦПГ и их изменение вслзд-ствна износа. Это позволяет расчетным путем определять дспускае-!С12 и предельные значения диагностических параметров.

Экспериментальным путем доказана возмозность использования функциональных зависимостей для априорного обоснование нормативных значений диагностических параметров при составлении технических требований на диагностирование разработанным пневматическим способом ЦПГ автотракторных двигателей других типов.

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность оценки технического состояния ЦПГ, имеющих незначительные износи, при использовании регулируемого дросселя.

Разработанный способ измерения зазора между кольцом и канавкой порпкя пркзлан патентоспособны:,! и получено решение о выдаче патента Российской Федерации от 21.10.1996 г.

Практическая ценность. Разработан новый пневматический способ диагностирования ЦПГ, основанный на использовании низких рабочих давлений. Способ позволяет оценивать износ гильзы цилиндра терцовый зазор в. дерзок канавке поршня, а такие обнаруживать поломку и закоксованность компрессионных колец, нарушение герметичности клапанов газораспределения и прокладки головки блока цилиндров.

Определены нормативные значения диагностических параметров, необходимые для выявления потребности двигателя в ремонте.

Разработаны методика расчета нормативных значений диагностических параметров по функциональным зависимостям и программа, реализующая предлагаемую методику.

Разработана технология диагностирования ЦПГ двигателей УМЗ-417 и ЗМЗ-24 пневматическим способом прп низких рабочих давлениях.

Реализация работы. По заказу Департамента сельского хозяйства Челябинской области в рамках научно-исследовательской рабств на тему "Научное сопровондекие эффективного обеспечения работоспособности техники аграрных товаропроизводителей с разработкой средств технического диагностирования "Технический сервис" (хоздоговор II 23-93/178-93) был разработан технический проект на статный образец пневмокалнбратсра 0Л-370. Такие разработана, ясзогяя диагностирования ЦПГ автотракторши двигателей типоз ЕЛЗ, М-412, ЗМЗ-24, 3M3-53, ЗИЛ-130, Д-240, ZUR, КамАЗ, ЯМЗ.

Диагностирование ЦПГ разработаннш способом к опытный пяев-мокалибратор 0Л-370 внедрены в производственный процесс в Еткуль-ском ремонтно-техническом предприятии АО "Агропромтехника" в 1995 году.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы апробировались на межвузовских научно-технических конференциях ЧГАУ (Челябинск, 1994-1997 годы).

Опытный пневмокалибратор 0Л-37С демонстрировался на универсальных выставках-ярмарках "Агро-94" а "Лгро-95" в Челябинске.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 работах: в Вестнике Челябинского агроииаенерного университета и информационных листках Челябинского ЦНТИ, а такве в рукописях двух научно-исследовательских отчетов.

На защиту выносится: .

1. Пневматический способ диагностирования ЦПГ при низких рабочих давлениях^

2. Диагностические параметры для оценки технического состояния ЦПГ.

3. Функциональные зависимости меиду параметрами технического состояния ЦПГ.

4. Методика расчета нормативных значений диагностически параметров по функциональным зависимостям.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения пяте глав, рекомендаций, общих выводов и приложений. Основно содержание работы изложено на 193 страницах машинописного текста включая 25 таблиц и 49 рисунков. Дополнительный материал изложе в 28 приложениях. Список литературы включает 117 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

Во введении обосновывается актуальность темы, ее практичес кая значимость, кратко изложено содержание работы.

В первой главе содержатся анализ состояния вопроса и задач исследования.

На основании анализа работ, посвященных вопросам изнашивани. деталей и сопряжений ЦПГ, обоснованы обобщающие ресурсны структурные параметры, наиболее, полно характеризующие техническо состояние ЦПГ в целом: износ г-ильзы цилиндра и торцовый зазор первой канавке поршня.

В результате анализа существующих способов диагностировани. ЦПГ. установлено, что наибольшее распространение в рядовы условиях эксплуатации ДВС получили пневматические способы. Он реализуются простым и доступный оборудованием и позволяю оценивать состояние ЦПГ по нескольким структурным параметрам, чт повышает достоверность диагноза. Достоинством этих способо является то, что при диагностировании в некоторой степен воспроизводятся функциональные особенности работы деталей ЦПГ связанные с уплотнением рабочего пространства цилиндра.

Однако пневматическим способам свойственен и ряд недостат ков, ограничивающих их применение, например, невозмоаность оценк степени изношенности отдельных деталей и .сопряжений ЦПГ и недос таточная точность при проверке двигателей в сборе в условия эксплуатации.

Использование метода функционально-стоимостного анализ позволило определить пути совершенствования пневматических спосо бов. Основными из них являются: использование низких рабочи давлений при диагностировании и обоснов .нный выбор диагностичес

ких параметров, которые позволяли бы независимо оценивать состояние конкретного сопряжения ЦПГ.

Обоснование нормативных значений диагностических- параметров I составление технических требований на диагностирование ЦПГ )азличных типов двигателей сопряжено с трудоемкими и длительными ¡кспериментальными исследованиями. Чтобы избегать этого, мокно [спользовать функциональные згзисимости диагностических парамет-юв от структурных. При этом зависимости должны учитывать конструктивные параметры деталей ЦПГ конкретного двигателя и их изме-ение вследствие изнашивания.

Таким образом, для достижения цели, поставленной в работе, еобходимо решить следующие задачи:

1. Обосновать величину рабочего давления пневмокалибратора, беспечивазщую возможность поэлементной оценки сспрязений ЦПГ при роверке двигателей в сборе.

2. Проанализировать пути истечения воздуха из надпорсневого ространства при диагностировании и обосновать диагностические араметры. Экспериментально исследовать зависимости диагностичес-IX параметров от структурных, оценить точность и достоверность тагностирования.

3. Определить функциональные зависимости между параметрами ¡хнического состояния ЦПГ и на их основе разработать методику 1счета нормативных значений диагностических параметров.

4. Разработать прибор и технологию диагностирования ЦПГ ¡игателей в сборе. Дать технико-экономическую оценку разработан-го способа.

Во второй главе выдвинута рабочая гипотеза совершенствования евматического способа диагностирования, проанализированы пути течения воздуха из надпоршневого пространства и на основании их основаны диагностические параметры для оценки технического стояния различных сопряжений ЦПГ. Определены функциональные за-симости диагностических параметров от структурных, позволяющие ссчитывать значения диагностических параметров в зависимости от аструктивных размеров и технического состояния ЦПГ. Теоретичес-обоснована возможность повышения точности оценки структурных заметров ЦПГ, имеющих незначительные износы (не превышающие тускаемых значений), при использовании ~ —'евматической схеме гвмокалибратора регулируемого дросселя.

Основная причина низкой точности существующих пневматических способов заключается в том, что при диагностировании давление воздуха в надпоршневом пространстве увеличивает давление кольца на стенку гильзы цилиндра, тем самым искусственно улучшая герметичность сопряжения "кольцо-гильза". Это затрудняет установление зависимостей мевду износами элементов. ЦПГ к показателями расхода воздуха через пневмокалибратор.

В связи с этим выдвинута рабочая гипотеза: точность поэлементной оценли ЦПГ моино повысить, если при диагностировании использовать низкие рабочие давления.

На рис.1 показана схема давлений воздуха, действующих на кольцо и его полонекие в канавке поршня при оценке износа гильзы цилиндра (а) и торцового зазора в канавке поршня (б).

Pt = const Р, = const

Рис.1. Схема давлений воздуха, действующих на кольцо и его полок'лше в канавке поршня при сценке: а) износа гикьзы цилиндра; б) торцового зазора; Р1- абсолютное давление гоздуха над кольцом и за ним, Па;

Р^- абсолютное давление воздуха за кольцом при среднем положении кольца в канавке поршня, Па; Р - абсолютное давление воздуха род кольцом, Па; Ру- давление кольца на стенку гильзы от сил собственной упругости (условно), Па.

Расчетным путем показано, что еслл ЦПГ имеет два компрессионных кольца, то для обеспечения возмонности оценки состояния сопряжений "кольцо-гильза" и "кольцо-канавка" рабочее давление пневмокалибратора не должно превышать 0,05 МПа. При данном рабочем давлении величина давления, дополнительно прижимающего вто-

рое, наиболее уплотняющее кольцо к стенке гильзы составляет всего 7...10% от величины удельного радиального давления технически годного компрессионного кольца.

При диагностировании ЦПГ пневматическим способом истечение воздуха из кадпоршнезого пространства может происходить несколькими путями:

- через неплотности з сопряжении "кольцо-гильза" (Q„_„);

К г

сюда следует отнести просвети мезду кольцом и гильзой по окружности и замок кольца;

- через зазоры в сопряжении "кольцо-капгвка" (Q„ ,„);

- через неплотности в сопряжениях клапанов газораспределения

и прокладки головки блока (Q„_ „„). .

нл • лр

Суммарный расход воздуха Q2 разсн сумке расходов через отдельные сопряжения: .

О,- С + Q + О (1)

Численное значение расхода Qj. при диагностировании может быть определено с помощью пнезмокалибратора по измеренным значениям рабочего (Ppag) и измерительного (Ризм) давлений, регистрируемым манометрами 3 и 5 (рис.3), и известном диаметре калиброванного отверстия 4. При постоянном рабочем давлении (Рраб= consb) измерительное давление и, следовательно,' расход воздуха зависят только от величины эквивалентной площади проходных сечений в ЦПГ. Поэтому в работе в качестве диагностического параметра, отражающего расход воздуха через проверяемую ЦПГ, используется эквивалентная площадь проходных сечений, определяемая по пневматической характеристике пневкокалибратора по измеренным во зремя диагностирования значениям Рйзм (рис.2).

При этом диагностическим параметром, характеризующим сопря-semie "кольцо-гильза", является разность эквивалентных площадей, юочередно полученных при установке колец на нижние торцы канавок рис,1а) и после устранения истечения воздуха через сопряяения [ПГ (что достигается заливкой некоторого количества масла в про-1еряемый цилиндр) (рис.2), т.е.

'оГ Гоз- {2)

Эквивалентная площадь, полученная после заливки масла Р0з, вляется диагностическим параметром для суммарной оценки клапанов азораспределения и прокладки головки б; цилиндров.

Разя Рим»

Риг»! — -—

¡операция Qx,° Qunp 1еперация , Qz~ Qk-г * Qnn.np

Plt3H2--■------

2 операция l l Qr-* * Цглпа

Fo¡ Fot Fos Fo

Рис.2. Диагностические параметры для оценки технического состояния ЦПГ пневматическим способом: А?'= Foa- F - для оценки сопряжения "кольцо-канавка", м3; ДF"= F0J- F03~ для оценки сопряжения

'кольцо-гильза

м'

Р0э- для оценки состояния клапанов газораспределения и прокладки головки блока,- мг

Диагностическим параметром для оценки сопряжения "кольцо-канавка" является разность эквивалентных площадей, полученных при установке колец в средние части канавок (см.рис.16) и на их нижние торцы (см.рисЛа), т.е.

Foa- F0:-

(3)

На предложенный способ измерения зазора между кольцом и канавкой порвкя получено положительное решение о выдаче патента Российской Федерации.

Функциональные зависимости диагностических параметров от структурных получены путем определения расходов воздуха через различные сопряжения ЦПГ и тарировочное отверстие пневмокалибра-тора. При решении задачи движение воздуха предполагалось одномерным и стационарным, т.е. таким, в котором все параметры течения являются функцией одной координаты и не-зависят от времени. Процесс истечения воздуха - адиабатический.

Расход воздуха через тарировочное отверстие пневмокалибрато-ра определялся на основании известных уравнений газодинамики.

Течение воздуха при диагностирования через кольцевое уплотнение ЦПГ необходимо рассматривать как течение через лабиринтное

уплотнение, образованное различными зазорами при сопряжении колец с гильзой цилиндра и канавками пориня. Поэтому при расчете расхода воздуха через сопряжения ЦПГ учитывались тип и соотношения геометрических параметров уплотнения, а также то, что в процессе эксплуатации детали ЦПГ изнашиваются неодинаково и площади проходных сечений в сопряжениях колец отличаются друг от друга.

Полученные зависимости для определения значений диагностических параметров имеют вид:

для сопряжения "кольцо-гильза

ЛР" =

(4)

где Ся~ коэффициент расхода, учитывающий тип лабиринтного нения; д0,из

уплот-

■ максимальные коэффициенты расхода для тариросочного отверстия и проходного сечения (зазора) п ЦПГ; <? вторые

критические отношения давлений для тарировочного отверстия и проходного сече-.шя (зазора) в ЦПГ; в - полный относительный перепад давлений в лабиринтном уплотнении ЦПГ; Р.„,Г - площади про-

11ч 2 К

ходных сечений в сопряжениях первого и второго колец с гильзой цилиндра, м2;

для сопряжения

кольцо-канавка"

ДГ' <=

1-е.

о"

1-е.

(о,

гн

2ак)

«щ ~ 2и

1 + г?„

'Л

где к

показатель адиабаты для воздуха; начальный

гильзы цилиндра, м; ак~ радиальная толщина нового кольца,

(5)

диаметр м; 5

щ

высота первой щели по направлению движения воздуха при установке

наименее изношенного второго кольца в середину канавки, м; а -

высота второй щели, м; и - толщина масляной пленки на торцовых поверхностях кольца и канавки, м.

Зависимости (4), (5) применимы для ЦПГ, имеющих два компрессионных кольца, они определяют функциональные связи кевду диагностическими параметрами и площадями проходных сечений в указанных сопрянениях. При этом учитываются измерительное давление при диагностировании.(е2), тип лабиринтного уплотнения (Сд) и характеристика проходных сечений тарировочного отверстия (ео,., и0) и зазоров в ЦПГ и3).

Площади проходных сечений ^ 1К. 0ПРВДелялись в" обшей виде на основании теории пориневого кольца с. учетом изнашивания и "само раз груае чая" сопряжения "кольцо-гильза". Данные площади, как и размеры щелей г^ и 5гП)> в конечной итоге определяются конст руктивными параметрами ЦПГ и износами соответствующих деталей и сопряжений. Поэтому для представления функциональных зависимостей в однозначной форме экспериментальным путем предусматривалось установление следущих зависимостей:

где II - износ гильзы цилиндра, м; ла ,ла - радиальные износа первого и второго компрессионных колец, м;' 2К-К1 <5К-Кг~ торцовые зазоры в первой и второй канавках поршня, м.

При известных выражениях (6), (7) и конструктивных параметрах деталей ЦПГ разработанные функциональные зависимости могут быть использованы априори для расчета значений диагностических параметров, оценивающих сопряжения "кольцо-гильза" и "кольцо-канавка".

При изкосах деталей и сопряжений ЦПГ, не презыиающих допускаемые значения, величины диагностических параметров калы и соответствуют на характеристике нневмокаллбратора зоне наименьшей чувствительности. Это сшгаает достоверность -постановки диагноза, затрудняя своевременное выявление потребности ЦПГ в профилактическом ремонте.

Для устранения этого недостатка пнеаыокалябратора предлагает ой использовать в пиовиаткческой схеме регулируемый игольчатый дроссель (рпс.З, поз.б). Изменяя проходное сечение дросселя в зависимости от технического состояния ЦПГ, устанавливают постоян-

ДаК1 = £(ИГ) Дакг = Клакл)

'к.1

(б)

(7)

пнй перепад давлений в сужающем устройстве пневмокалибратора. Это позволяет проводить измерения на линейном участке пневматической характеристики прибора, где погрешность измерений наименьшая. Получены зависимости для определения площади проходного сечения дросселя, необходимые для расчета значений диагностических параметров.

В третьей глазе излагаются общая к частные методики экспериментальных исследований.

Методика экспериментов з производственных условиях была следующей. Перед диагностированием двигателя снимались свечи зажигания и пневмокалибратор поочередно подключался к каждому цилиндру. Диагностирование проводилось при двух рабочих давлениях - 0,05 МПа и 0,03 МПа и двух положениях поршня - з ВМТ и ниве ВМТ на 10...15° по углу поворота коленчатого вала. Это позволило, обосновать режима и услсиля диагностирования.

ЦПГ, при проверке которых били получены малые значения эквивалентных площадей проходных ссчзний (FQ ,F , К , рис.2), дополнительно диагностировались с использованием дросселя. Перепад рабочего (Р„й) и измерительного (Р„,„) давлений при этом соот-

рай И si М,

встствопал ликс-йному участку пневматической характеристики: рраб °-05 МПа

По завершении диагностирования двигатель разбирался и проводилось мшсрометриросанко деталей ЦПГ п соответствии с •ГОСТ 14846-31.

Исследования проводились с использованием специально изго-

товпенного пиевмокалибратора, принципиальная пневматическая схема которого представлена на рис.3.

Пневно:;зл8братор и разработанный комплект приспособлений позволяют диагностировать ЦПГ как двигателей в сборе, так и под-разобранных двигателей при снятой головке блока цилиндров.

Точность диагностирования разработанным способом оценивалась

среднскзадратической (tr), средней абсолвтчмй (s) и средней относительной (в) погрешностями на основания результатов экспериментов. Определялась тате доверительная пероятность попадания относительной погревнсстя в поле допуска, рапное десятипроцентной относительной погрешности (3

Ч>

Рис.З. Принципиальная пневматическая схема пневкокалнбратора: 1 - регулятор давления; 2 - входной манометр; 3 - контрольный манометр; 4 - калиброванное отверстие; 5 - измерительный манометр; 6 - регулируемый дроссель; 7 - измерительная магистраль;

8 - обратный клапан; 9 - воздушная магистраль;

10...13 - вентили

Частные методики исследований предусматривали .определение точности оценки эквивалентных площадей проходных сечений пкевмо-калибратором, выяснение влияния температуры двигателя на точность оценки структурных параметров, определение связей между износами деталей и сопряжений ЦПГ (зависимости (6), (?)), а также проверку обоснованности выбора рабочег давления пневмокалнбратора и диаметра калиброванного отверстия.

Предусматривалась также оценка достоверности диагностирования н погрешности расчета значений диагностических параметров по функциональным зависимостям.

2 четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований, их анализ и сравнение с результатами теоретического анализа.

В результате диагностирования 90 цилиндров двигателей УНЗ-417 и ЗИЗ-24 установлено, что более тесная связь менду исследуемыми диагностическими и структурными параметрами наблюдается при рабочем давлении 0,05 МПа и положении поршня в ВМТ. При данном рабочем давлении погрешности диагностирования существенно нише, чем при Рраб" 0,03 ИПа. Так, при оценке износа гильзы цилиндра при Рп«б" 0,05 ИПа вероятность попадания относительной погрешнос-

ти в поле допуска, равное десятипроцентной относительной погрешности, составляет {¡10уг 0,60, при °«03 ¿10ХИ 0,42. При оценке торцового зазора в первой канавке поршня, соответственно, р10х= 0,74 и 01ох= 0,43.

Графики корреляции диагностических параметров с износом гильзы цилиндра и торцовым зазором в первой канавке поршня представлены на рис.4,5.

гильзы цилиндра. Рраб= 0,05 МПЛ. Положение поршня в ВМТ. иг доп~ Допускаемый износ гильзы цилиндра Ир Пред~ предельный износ гильзы цилиндра

Полученные результаты подтвервдаит выдвинутую гипотезу о озмояности поэлементной оценки ЦПГ при использовании низких абочих давлений при диагностировании.

Известно, что после износа слоя хрома на первом компрессион-ом кольце интенсивность изнашивания гильзы цилиндра и самого

кольца увеличивается в 2...4 раза. На этом основании допускаемый износ гильзы цилиндра принят равным 0,09 мм (рис.4). Данная величина износа согласно нашим исследованиям соответствует износу

аГЧО;' м*

i,О 0.85 0.56 0,5

О

0.05 0/0 0J5 0.20 0,25Sk-xi-iO'Jn .

Sx-кЗоп SK-K лрс4 Рис.5. График корреляции диагностического параметра с торцовым зазором в первой канавке пориня.. Ppag= 0,05 МПа.

Положение поршня в ВМГ.

sk-k доп" Допускаемый зазор в сопряжении; S„ „ _по - предельный зазор в сопряжении

К- 1ч Цр^Д

слоя хрома на первом кольце (рис.6). Достоверность диагностирования при принятых нормативных значениях взноса гильзы цилиндра составляет 0,92...О,93.

При оценке торцового зазора в первой канавке поршня достоверность диагностирования при принятых нормативных значениях структурного параметра составляет 0,90...О,92.

Экспериментально определялись величины давлений воздуха в надпориневом пространстве, при которых происходит сдвиг и осааи-ваняе компрессионных колец на торцы канавок. На основании полученного диапазона давлений сдвига, а также на основании погрешностей диагностирования можно утвервдать, что величина основного рабочего давления на уровне 0,05 МПа выбрана верно.

С привлечением экспериментального материала показано, что разработанный способ нечувствителен к точной установке поршня при диагностировании. Рекомендуемое положение ори проверке - в ВИТ. Установлено также, что температура двигателя не оказывает практического влияния на точность оценки структурных параметров.

R=0,93

Г с— '¿ЯР

Способ позволяет выявлять поломку компрессионных колец, основываясь на величине диагностического параметра, характеризующего сопряжение "кольго-канавка", а также определять -закоксован-ность колец на основании совокупности значе. дц диагностических параметров, используемых для оценки сопрякенкй "кольцо-гильза" и "кольцо-канавка".

Диагностирование ЦПГ, имеющих незначительные износк, с использованием регулируемого дросселя показало, что при его применении точность оценки структурных параметров повышается.

При оценке износа гильзы цилиндра на участке 0...0,09 мм:

з = 6,5%, /з1оя= 0,78.

При оценке торцового зазора в первой канавке порпня на участке 5К_К1* 0,10 мм: 5 = 8,4%, Р10у= 0,65.

Результаты подтверждав? предположение, высказанное в ходе ' теоретического анализа и позволяет рекомендовать применение дросселя в случаях, когда необходимо своевременно выявить потребность ЦПГ двигателя з профилактическом ремонте. .

Определены связи между износами деталей и сопряжений ЦПГ, в общем виде представленные выражениями (6), (7).

График корреляции износа гильзы цилиндра с радиальным износом первого компрессионного кольца язсбрааен на где.6. Уравнения регрессии имеют вид:

даК1= 1,15йг+ 0,004, дак,а Бхр; . (8)

даК1= 2.33И- 0,10, йаКг> 5хр, (9)

где 5, — толщина хромового покрытия на первом компрессионном

лр

кольце; з„= 0,11 мм.

График корреляции радиального износа первого компрессионного кольца с радиальным износом второго компрессионного кольца представлен на рис.7. Уравнение регрессии

даКг= 0,66лаК1+0,003. . (10)

Полученные уравнения (8), (9), (10) определяют систему уравнений (6), необходимую для расчета диагностического параметра дГ", характеризующего сопряжение "кольцо-канавка" по функциональной зависимости (4).

AÜKflOf м

0,5

0,4

0,3

0,2 ом

OJO

♦

• А л

о * 7 /.

• . Y* • • • «

9=0,91 • V 4 / / • ... • • •i R=0,B7

» Ь ф < "1 1 •

О 0,05 /OJO 0J5 0,20 0,25 Иг-ÍO'ftt /Игвоп =0,00

Т>кс.6. График корреляции износа гильзы цилиндра с радиальным износом первого компрессионного кольца

Айхг-Ю'

м

0,3 02 0J

.V' ✓

9=№ • «

• ♦ • « * • • / ^í* * •

. « С* * • 1

О 0J 0,2 0,3 0,4 0,5 АО.*ГЮ;Н

Рис.7. График корреляции радиального износа первого компрессионного кольца с радиальным износом второго компрессионного кольца

График корреляции между торцовыми зазорами в первой и второй канавках поршня приведен на рис.8. Уравнение регрессии

2к-К2= °'613К-К1+ °'02- • («)

Уравнение (И) соответствует уравнению (7) и монет быть использовано при расчете диагностического параметра д?'. характеризующего сопряжение "кольцо-канавка" по функциональней зависимости (5).

м

Qfi 0J0

0,05 0.05

9-0,91 . - jjT •

• • г "в

0 * * > « » jO / •• * •••« • -

ШО 0,15 0,20

0,25 S«-«r{Q~?M

Рис.8. График корреляции между торцовыми зазорами в первой и второй канавках порпня

Для аналитического расчета значений диагностических параметров, характеризующих сопряжения "кольцо-гильза" и "кольцо-канаэка", разработана программа на алгоритмическом языке QBAS1C. При составлении программы использованы функциональные зависимости (4), (5) и уравнения регрессии (8)...(11) между взносами деталей и сопряжений ЦПГ.

На рис.9,10 представлено, созмещение графиков регрессионных и теоретических зависимостей при оценке износа гильзы цилиндра и торцового зааора в первой канавке поршня.

Найденные значения t-критерия при постоянном шаге квантования структурных параметров равном 0,005 мм не превышают значения для 10-процентного уровня значимости. Это свидетельствует о незначимости расхождения между экспериментальными и теоретическими результатами.

Средние относительные погрешности расчета значений диагностические параметров составляют:

- для сопряжения "кольцо-гильза" - 12,2%;

- для сопряжения "кольцо-канавка" - 5,0%.

лгчо:'

мг

з 2.5!

2 {

0,52

1 1

- ¡/ !

/

/i /

//

А /г

J // f

---- \

О 0,05 /OJO 0J5 / 0,20 0.25 Иг-Ю'?* /Игдоп=0,09 /Игпреа -QJ8

Ркс.9, Зависимость диагностического параметра от износа гильзы цилиндра:

—-регрессионная;----теоретическая

-i

аРчо:

Ю

ЖJ

0,59

0,5 О

yV "У

-

0.05 ШО 0.15 0,20 0,25 5*-*, Ч0]3м

5к-мдоп в к-к < пред

Рис.10. Зависимость диагностического параметра ог торцового зазора в первой канавке поршня:

регрессионная; - -— теоретическая

Таким образом, полученные функциональные -зависимости (4),(5) достаточно точно отражают результаты экспериментальных исследований и могут быть использованы при составлении технических требований на диагностирование сопряжений "кольцо-гильза" и "кольцо-канавка" .

Д пятой главе представлено описание методики расчета нормативных значений диагностических параметров по функциональным зависимостям, технология диагностирования ЦПГ двигателей УМЗ-417 и 3153-24 разработанным способом, а таете дана гехиико-эконс-мическая оценка способа.

Методика расчета нормативных значений диагностических параметров основана на использовании функциональных зависимостей между параметрам!! технического состояния ЦПГ и результатов обработки статистических дашшх по износу деталей и сопряжений ЦПГ двигателей УКЗ-417 и ЗМЗ-24.

Предлагаемая методика кокет быть яспользовааа пр« ¿оставлении технических требований на диагностирование ЦПГ. имеющих два компрессионных кольца, при условии, что первое когзлресскопнэс кольцо хромированное.

Разработанная технология диагностирования с асяользозшшек экспериментального пневиокалибратора -позволяет оценивать износ гильзи цилиндра, торцовый зазор з первой канавке лораня, выявлять поломки и законеоганность компрессионных колец, а также давать качественную оценку состояния клапанов газораспределения н 'прокладки головки блока цилиндров.

Использование разработанного способа зрн прздремоктнон диагностировании ЦПГ двигателей позволяет снизить трудозна затраты при ремонте на 5...6%. При этой обеспечивается экономия комплектов поршневых колец на 15...17%,комплектов поргией - на 34...26К.

Применение способа при техническом обслуживании з период эксплуатации способствует своевременному проведению текущего ремонта, что позволяет более полно использовать ресурс детален ЦПГ, сокращает потребность в капитальных ремонтах и .увеличивает межремонтный ресурс двигателя.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан новый пневматический способ диагностирования ЦПГ, отличающийся тем, что он основан на использовании низких рабочих давлений.

Способ позволяет оценивать износ гильза цилиндра и торцовый зазор з первой канавке поршня со средними относительными погрешностями, соответственно, 9,9% и 7,4%, а также обнаруживать поломку компрессионных колец с достоверностью 0,81, их закоксовывание, нарушение герметичности клапанов газораспределения и прокладки головки блока цилиндров.

2. Величина рабочего давления пиевмокалибратора при диагностирован:!!! должна быть равной 0,05 Ша (0,5 кгс/сма). При отом величины давлений, дополнительно прижимающих кольца к стенке гильзы цилиндра, не превыяавт 7...10Х от величины удельного радиального давления технически годного компрессионного кольца.

При больней рабочем давлении увеличивается искусственный прижим колец к стенке гильзы цилиндра, что снижает точность и достоверность диагностирования, а также возможно смещение колец из среднего положения в канавках поршня при оценке торцовых зазоров. При меньшем рабочем давлении уменьшается передаточное отношение измерительного устройства и снижается точность оценки структурных параметров.

3. Основными путями истечения воздуха из надпоршневого пространства являются неплотности в сопряжениях "кольцо-гильза", "кольцо-канавка", клапанов газораспределения и прокладки головки

.блока цилиндров. Состояние указанных сопряжений влияет на величину расхода воздуха при диагностировании. В качестве параметров, отражающих расход воздуха через эти сопряжения, следует использовать эквивалентные площади проходных сечений, измеряемые с помощью пневиокалибратора.

Для оценки сопряжения "кольцо-гильза* диагностическим параметром должна быть разность эквивалентных площадей, поочередно полученных при установке колец на нижние торцы канавок и после устранения истечения воздуха через сопряжения ЦПГ (что достигается заливкой масла в проверяемый цилиндр).

Эквивалентная площадь, полученная после заливки масла, является диагностическим параметром для суммарной оценки клапанов газораспределения и прокладки головки блока цилиндров;

Для оценки сопряжения "кольцо-канавка" диагностическим параметром должна быть разность эквивалентных площадей, полученных при установке колец в середины соответствующих канавок и на их нинние торцы.

4. На основе теории лабиринтных уплотнений для ССПрЯюбммп "кольцо-гильза" и "кольцо-канавка" определены функциональные зависимости диагностических параметров от структурных, в которых учитываются площади проходных сечений в сопряжениях, тип образующегося лабиринтного уплотнения, измерительное давление при диагностировании, степень изношенности деталей ЦПГ и соотношения между взносами деталей и сопряжений группы.

Полученные_ функциональные зависимости позволяют априори рассчитывать значения диагностических параметров в зависимости от конструктивных размеров и технического состояния ЦПГ. Средние относительные погрешности расчета составляют; для сопряжения "коль-цо-гпльза" -12,2*. для сопряжения "кольцо-канавка" - 5,0%.

Функциональные зависимости следует использовать для обоснования нормативных значений диагностических параметров при составлении технических требований на диагностирование ЦПГ. Они справедливы для ЦПГ, имеющих два компрессионных кольца, из которых первое - хромированное. . .

На основании этих зависимостей разработаны методика расчета нормативных значений диагностических параметров и программа, реализующая предлагаемую методику.

5". Для повышения точности и достоверности оценки состояния ЦПГ, имеющих незначительные износы, следует использовать в измерительной магистрали пневмохалибратора регулируемый дроссель. Это позволяет проводить измерения на реикме, соответствующем линейному участку пневматической характеристики. Для изяосов, не превышающих допускаемые значения, средние относительные погрешности диагностирования составляют: при оценке износа гильзы цилиндра -6,5%, при оценке торцового зазора в первой канавке поршня - 8,4%.

6. Разработана технология диагностирования с использованием экспериментального пневмокалибратора, позволяющая оценивать тех-

ническое состояние ЦПГ двигателя как перед ремонтом, так и при техническом обслуживании в период эксплуатации.

Использование разработанного способа при предремонтном диагностировании ЦПГ двигателей позио«яет с::::з:*.ть трудовые затраты при ремонте на 5..,6%. При этом обеспечивается экономия комплектов поршневых колец на 15...172,комплектов поршней - на 34...36%.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Сазонов К.А. Повышение точности диагностирования цилинд-ро-поршневой группы ДВС пневмо-вакуумным способом //Вести. Челябинск, агроинж. ун-та. Челябинск, 1994. К 1.

2. Сазонов К.Л. Пневматический способ диагностирования ци-линдро-перишевой группы ДОС при малых рабочих давлениях // Вести. Челябинск.агроинж.ун-та. Челябинск, 1994. Т.О.

3. Игнатьев Г.С., Сазонов К.Л., Машрабов Н.И, Обоснование рабочего давлении пиеемокалибратор.ч для диагностирования цилиид-ро-тгоркневой группы ДВС //Вести. Челябинск.агроинж.ун-та. Челябинск, 1995. Т.Н.

4. Игнатьев Г.С,, Машрабов U.M., Сазонов К.Л., Иванов С.Г. Пневматический калибратор для диагностирования цнлиндро-порвшевой группы ДВС /Инф.л.И 95-1; Челябинск.ЦНТИ. 1995.

5. Сазонов К.А. Штуцер для подключения пневматического калибратора в камере сгорания дизельного двигателя /Инф.л. N 224-95; Челябинск.ЦНТИ. 1995.

6. Игнатьев Г.С., Сазонов К.А. Прибор для проверки технического состояния камеры сгорания автотракторных двигателей /Ииф. л. И 318-95.; Челябинск.ЦНТИ. 1995.

7. Новиков Ю.М., Сазонов К.А. Установка для проверки герметичности рубашки охлаидеиия двигателей /Инф.л. Н 411-96; Челябинск.ЦНТИ. 1996.

Подписано к печати 21.08.199? г. Формат 60x84/16. Заказ 203. Тира» 100.

УОП ЧГАУ

454000, Челябинск, пр.Ленина, 75.