Повышение точности определения продуктов износа в масле двигателя внутреннего сгорания путем совершенствования методики отбора пробы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат технических наук Гребенец, Максим Витальевич

• Гребенец, Максим Витальевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гребенец, Максим Витальевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Состояние системы технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственной техники

1.2. Способы определения содержания продуктов износа в масле

1.2.1. Колориметрический способ

1.2.2. Поляро-графический способ определения продуктов износа в масле

1.2.3. Феррографический метод

1.2.4. Использование спектрального анализа для определения содержания продуктов износа в масле в различных областях промышленности и транспорта

1.3. Анализ факторов, влияющих на точность определения содержания продуктов износа в масле спектральным анализом

1.4. Влияние качества отобранной пробы на полученную информацию о состоянии деталей двигателя

1.5. Выводы

1.6. Цель и задачи исследования

1.7. Программа исследования

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕНЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЯ ПРОДУКТОВ ИЗНОСА В МАСЛЕ ДВС

2.1. Физическая модель динамики накопления продуктов износа в системе смазки двигателя

2.2. Динамическая модель генерация продуктов износа

2.3. Математическая модель изменения компонентов износа в масле

2.4. Распределение компонентов износа деталей двигателя в поддоне при неработающем двигателе

2.4.1. Распределение продуктов износа в поддоне неработающего двигателя

2.4.2. Выравнивание концентрации продуктов износа в поддоне в начальный момент работы двигателя

2.4.3. Определение вероятности отрыва и транспортировки частиц

2.4.4. Определение необходимого времени перемешивания продуктов износа в масле

2.5. Выводы

Глава 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Программа исследований

3.2. Лабораторные исследования динамики износа образцов, материалов деталей двигателя внутреннего сгорания

3.3. Методика лабораторных исследований по определению изменения во времени концентрации продуктов износа в масле, находящемся в поддоне после остановки двигателя

3.4. Методика лабораторных исследований по определению времени перемешивания масла для получения равномерной по объёму картерного масла концентрации продуктов износа после запуска двигателя

3.5. Экспериментальные исследования масел, находящихся в эксплуатации

3.6. Методика обработки результатов испытаний

3.7. Выводы

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Результаты лабораторных исследований динамики износа образцов, материалов деталей двигателя внутреннего сгорания

4.2. Результаты лабораторных исследований по определению изменения во времени концентрации продуктов износа в масле, находящемся в поддоне после остановки двигателя

4.2.1. Распределение частиц порошков, используемых для эталонного масла по массе в зависимости от диаметра частиц

4.2.2. Результаты исследования отстоя металлов в эталонном масле

4.3. Результаты лабораторных исследований по определению времени перемешивания масла для получения равномерной по объёму картерного масла концентрации продуктов износа после запуска двигателя

4.4. Результаты экспериментальных исследований масел, находящихся в эксплуатации

4.5. Выводы

Глава 5. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

5.1. Методика расчёта экономической эффективности внедрения методики отбора проб при анализе износа методом «продукты износа в масле»

5.2. Выводы 130 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 131 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 132 ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение точности определения продуктов износа в масле двигателя внутреннего сгорания путем совершенствования методики отбора пробы»

Основой повышения эффективности использования машинно-тракторного парка (МТП) в условиях сельскохозяйственного производства является повышение надежности и ресурса различных узлов тракторов, комбайнов, автомобилей и другой техники. В решении этой проблемы важное место занимает своевременное техническое обслуживание установленных на различных сельскохозяйственных машинах узлов и агрегатов. Фундаментом решения этой задачи является своевременная оценка технического состояния (ТС), которая позволяет на ранней стадии обнаружить дефекты и неисправности, что позволяет своевременно устранять отказы в процессе эксплуатации МТП.

Актуальность проблемы. По мере совершенствования конструкции тракторов и автомобилей все острее встает вопрос повышения их надежности и долговечности в процессе эксплуатации. Монотонное, постепенное ухудшение состояния агрегатов тракторов и автомобилей в процессе эксплуатации является естественным процессом. Это связано с тем, что при работе тракторов и машин в их агрегатах возникают температурные и динамические напряжения, которые приводят к изменению геометрических форм деталей, увеличению сил трения и, как следствие, износу деталей.

В развитых странах потери национального дохода от трения и износа составляют 4.5 %, а затраты на преодоление силы трения достигают 20. .25% от всей вырабатываемой на Земле энергии [119].

В России, по данным 1990г. только учтённая доля затрат, связанных с преждевременным износом основных видов машин, достигала 2% национального дохода [4] и в настоящее время они только возросли. Снизить затраты, связанные с износом деталей в результате трения можно при обеспечении следующих условий [119]:

- контроль на соответствие техническим условиям свежих смазочных масел;

- использование материалов соответствующих марок и своевременную их замену при утрате работоспособности;

- соблюдение правил технического обслуживания и осуществление периодического технического контроля износа узлов трения;

- обкатку новых механизмов при введении в эксплуатацию для обеспечения снижения скорости изнашивания деталей и трения поверхностей без схватывания.

Одним из путей в этом направлении является оценка текущего состояния агрегатов машин путем определения содержания продуктов износа в масле и принятие обоснованных решений, связанных с проведением необходимых технических воздействий с целью восстановления работоспособности соответствующих узлов уже на ранней стадии, когда восстановление работоспособности не связано с большими материальными затратами. В связи с этим одной из основных проблем науки и практики эксплуатации тракторов и автомобилей в условиях сельскохозяйственного производства является изыскание эффективного способа оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания по содержанию продуктов износа в масле, который бы наиболее адекватно отражал состояние двигателя и удовлетворял следующим требованиям:

1. Минимальное время проведения оценки технического состояния двигателя.

2. Максимальная информация о состоянии различных узлов и деталей двигателя.

3. Достоверность полученной информации.

4. Доступностью для сельскохозяйственных предприятий.

В тракторах, автомобилях, комбайнах и другой сельскохозяйственной технике значительная доля отказов, около (30 . 35)% приходится на двигатель и, в первую очередь, эти отказы связаны с износом трущихся поверхностей деталей двигателя.

В процессе эксплуатации отказы связаны с работой двигателей на неустановившихся режимах, с нарушением установленных заводом регулировок топливной аппаратуры, неисправностью воздуховодов, низкой культурой эксплуатации.

Непосредственное определение износа путем микрометрирования или других методов определения износа связано с преждевременной разборкой двигателя, выводом машины из эксплуатации, зачастую преждевременно, трудностью измерения зазоров. Кроме того, при последующей сборке двигателя нарушаются зазоры в сопряжениях трущихся пар.

Износ деталей цилиндропоршневой группы влияет на прорыв газов в картер, угар масла, компрессию, содержание продуктов износа и топлива в масле, на изменении физико-химических свойств масел (плотность, кинематическую вязкость, температура вспышки), может повлиять на спектр колебаний корпуса двигателя и т.д.

Изменение этих параметров может быть использовано для косвенной оценки износа деталей двигателя.

Одним из наиболее чувствительных и эффективных способов оценки технического состояния двигателей широко использующимся в США, Японии, Франции, а также России является оценка технического состояния двигателя по содержанию продуктов износа в масле. При данном способе, через определенные промежутки наработки или пробега отбираются пробы масла, которые подвергаются физико-химическому анализу и определению продуктов износа в масле.

В Российской Федерации этот способ получил значительное распространение в авиации, автомобильном и железнодорожном транспорте [64, 37, 22, 8, 71]. Преимущество данного способа является то, что он безразборным методом позволяет определить состояние пар трения в процессе эксплуатации. Для количественной оценки продуктов износа в масле используются различные способы, которые имеют присущие им достоинства и недостатки. Среди них можно отметить колориметрический, поляро-графический, ферромагнитный, спектральный и другие способы.

В последние годы широкое распространение получил спектральный метод, который позволяет получить информацию о фактическом количестве компонентов износа в масле. Так установка МФС - 7 позволяет получить в течение 24 часов информацию о содержании металлов в 24 пробах в трехкратной повторности, выявить предаварийное состояние двигателя.

Определение технического состояния двигателя по результатам количественной оценки продуктов износа в масле является сложной комплексной проблемой. Одной из важнейших задач этой проблемы является достоверность выявления состояния деталей двигателя по содержанию продуктов износа в отобранной пробе. Здесь необходимо чётко знать насколько содержание продуктов износа в пробе адекватно отражает их содержание в масле.

Содержание продуктов износа в пробе зависит от большого числа факторов: места отбора пробы, распределения продуктов износа в месте отбора пробы, конструкции заборного устройства, времени отбора пробы и т.д. Очевидно, что информационная ценность результатов анализа пробы будет высокой, если она дает концентрации примеси, позволяющие прогнозировать действительный износ двигателя. Несмотря на важность данной проблемы, она до настоящего времени не нашла должного отражения в исследованиях. В настоящее время автором не обнаружены работы, в которых бы освещался этот вопрос. Различные авторы [125, 65] отмечают важность данной проблемы, но дают рекомендации по методике отбора пробы без надлежащих исследований в этом направлении. Это является одной из причин того, что способы имеют невысокую точность, а рекомендации различных авторов по предельному содержанию продуктов износа в масле значительно отличаются.

В этой связи данные исследования, направленные на повышение точности определения продуктов износа в масле путем совершенствования методики отбора пробы и продвижение этой методики для оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания, используемых в сельскохозяйственном производстве, представляются весьма актуальными.

Целью диссертационной работы является повышение точности определения содержания продуктов износа в масле за счет совершенствования методики отбора пробы.

Научная гипотеза заключается в том, что точность определения содержания продуктов износа в масле можно повысить путем совершенствования методики отбора пробы для спектрального анализа масел за счет определения времени и места отбора пробы.

Объектом исследования является процесс изменения содержания продуктов износа в различных агрегатах системы смазки.

Предмет исследования — закономерности изменения концентрации продуктов износа в двигателях внутреннего сгорания.

Научная новизна - определяется:

- полученными математическими зависимостями, определяющими связь износа деталей двигателя с содержанием в масле продуктов износа поверхностных упрочняющих слоев;

- полученными математическими зависимостями, определяющие изменение концентрации продуктов износа по высоте картера двигателя в зависимости от времени отстоя, от времени, прошедшего после начала работы двигателя, от объёма выбранной пробы.

На защиту выносятся: Зависимости для определения генерации продуктов износа в масле, зависимость для определения концентрации продуктов износа в масле в процессе отстоя и перемешивания продуктов износа, усовершенствована методика отбора пробы масла.

Практическая значимость: разработанная на основе настоящих исследований методика отбора пробы позволяет повысить точность в оценке технического состояния двигателей внутреннего сгорания, за счет уменьшения погрешности в определении предельных значений концентрации элементов и, как следствие, снизить эксплуатационные затраты путем своевременной выдачи рекомендации по дальнейшему использованию двигателя.

Реализация работы: усовершенствованная методика определения продуктов износа в масле широко используется в хозяйствах Омской области: КФХ «Малегиных» Тюкалинского района, ЗАО «Цветнополье», КФХ «Люфт» и СПК «Пришиб» Азовского района.

Апробация работы: основные положения отдельных вопросов и результатов работы доложены и одобрены на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ в 2004-2008 г.г., на международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию основания МГУП (Москва 19-21 апреля 2005).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, библиографии и приложений. Объем работы составляет 186 страниц, из них 131 страница основного текста, 49 рисунков, 16 таблиц. Библиографический список включает 129 источников.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве», Гребенец, Максим Витальевич

1. Основной причиной низкой точности (30-35%) определения продуктов износа в работающих маслах двигателей внутреннего сгорания является несовершенство существующих методик отбора пробы масел, вследствие этого проба не адекватно отражает концентрацию продуктов износа в масле.2. Для уменьшения времени перемешивания продуктов износа в поддоне необходимо увеличивать среднюю скорость движения частиц, диаметр пятна, а также уменьшать расстояние, проходимое частицей до входного сечения заборного устройства.3. Концентрация продуктов износа в определённом месте поддона зависит от расположения данного сечения, времени отстоя или времени перемешивания.4. Для установления закономерности отстоя продуктов износа в масле, предложена зависимость, представляющая собой отношение массы компонента износа в данный момент времени, к исходной массе компонента в масле.5. В реальных условиях эксплуатации машинно-тракторного парка целесообразно определять пробу масла на входе в масляную центрифугу после четырех часов работы двигателя Д-240.6. Точность определения содержания компонентов износа в магистрали подвода к масляной центрифуги составляет 95 %, в главной масляной магистрали 92 % и в сечениях поддона не превышает 84 %.7. Отбор проб перед масляной центрифугой дает более точную информацию о содержании продуктов износа в масле при условии внесения конструктивных изменений в корпусе центрифуги и применения приспособления для отбора проб.8. Затраты на организацию и внедрение методики окупаются при обслуживании одного приспособления для отбора проб за 0,05 года. Годовая экономия для парка из 16 тракторов, типа МТЗ 80/82, составляет 58247,84 рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гребенец, Максим Витальевич, 2008 год

1. Горбунов Б. Почему горнодобывающая промышленность России важна для корпорации Chevron? // Горная промышленность, 2001,№5.-с.20-21.

2. ГОСТ 3900-85 (СТ СЭВ 6754 - 69) Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. - Взамен ГОСТ 3900 - 47; введ. 1991-01-01. - М.: Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1991. - 22 с.

3. ГОСТ 2477-65 (СТ СЭВ 2382-80) Нефтепродукты. Метод определения содержания воды. - Введ. 1966-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1991. — 47 с.

4. ГОСТ 11362-96 (ИСО 6619 - 88) Нефтепродукты и смазочные материалы. Число нейтрализации. Метод потенциометрического титрования - Взамен ГОСТ 11362-76; введ. 1997-01-01. - Минск : Из-во стандартов, 1997. - 16 с.

5. Государственные стандарты РФ: 33-82, 1547-84, 4333-87, 6258- 85, 6307-85, 8581-78, 12026-66, 20684-75, 21046-75, 25770-83, 26378-84 (комплект стандартов: 0; 1; 2; 3; 4).

6. Гребенец М.В. Методика отбора пробы масла в двигателях внутреннего сгорания для контроля износа // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - № 5. - 35 - 37.

7. Григорьев М.А., Пономарев Н.Н., Шанин Е.И. и др. Снижение износа автомобильного двигателя путем защиты от пыли. - «Автомобильная промышленность», 1970, №10, с. 1-3.

8. Григорьев М.А., Новиков В.И., Смирнов В.Г. и др. Исследование влияния давления масла в системе смазки на износ деталей двигателя. - «Автомобильная промышленность», 1971, №4, с.3-5.

9. Григорьев М.А., Пономарев Н.Н., Шанин Е.И. Об износе цилиндров автомобильных двигателей. — «Автомобильная промышленность», 1966, №3, с.4-7.

10. Гришанин К.В. Теория руслового процесса. -М.: Транспорт, 1972.-215с.

11. Гурьянов Ю.А. Экспресс-методы и средства диагностирования агрегатов машин по параметрам масла: дисс. ... док. техн. наук : 05.20.03 / Гурьянов Ю.А. - Челябинск. 2007. - 375с.

12. Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей. Третье издание, переработанное и дополненное / Под общей редакцией. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. - М.: Машиностроение, 1985. - 456с.

13. Денисов А.А., Анализ ресурса элементов двигателей автобусов «Икарус» /Любарский М.С., Кузьмин А. А., Цой А. Д. //Повышение эффективности эксплуатации транспорта. - Саратов: Изд-во СГТУ, 2001г. - 53-59.

14. Диагностический контроль состояния авиационных ГТД в эксплуатации / Технический перевод. - 13081.-М.ЦИАМ, 1976. - 133с.

15. Евдокимов Ю.А., Колесников В.И., Тетерин А.И. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. -М.:1980.-226с.

16. Ждановский Н.С. /Надежность и долговечность автотракторных двигателей. //Николаенко А.В. -Л.: Колос. Ленингр. отдел., 1974. -223с.

17. Керученко Л.С, Гребенец М.В., Калина П.В., Хромов Д.В. Изменения концентрации продуктов износа в масляной магистрали двигателя // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - № 6. -С. 28 - 29.

18. Керученко Л.С Автореферат диссертации. Совершенствование очистки моторных масел применительно к ремонтным сельскохозяйственным предприятиям. Омск, 1986г.

19. Корнеев СВ., Смирнова Г. А, Диагностирование двигателей автотракторных средств по содержанию продуктов износа в масле. // Теория, методы и средства, технической диагностики; 23-е заседание ежегодного науч. -техн. семинара. -Рига, 1991,-С. 42-43

20. Малышев B.C., Коновалова И.Н., Берестова Г.И. и др. Анализ частиц износа в системах смазки дизельных двигателей методом феррографии // Двигателестроение, 2002, №1, с.36, 4 2 - 4 3 .

21. Маренова М.М., Кюрегян К. Методы спектрального определения продуктов износа в маслах и осадках // Применение спектрального анализа масел для повышения надёжности и долговечности машин и механизмов. - М.: 1965. - 32^0.

22. Методика определения эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений // Вопросы изобретательства.-1977.-№7.-С.46-65.

23. Методы оценки состояния тепловозных двигателей без их разборки с применением экспрессного спектрального анализа масла. Дисс. Д-ра Техн. Наук. / Чанкин В.В. - М.:1972. -299с.

24. Мирошников Л.В., Болдин А.П., Пол В.И. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотранспортных предприятиях. - М . : Транспорт, 1977. - 263 с.

25. Михалёнок Н.О. Повышение экономической эффективности технического диагностирования тепловозов: Автореф. канд.техн. наук. -М.: 1988.-23с.

26. Монин А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. -М.: Наука, ч.1,1965; ч.2. 1967.

27. Непогодьев А.В., Холин И.Н., Либеров И.Е. и др. Контроль состояния смазочного масла в дизелях сельскохозяйственных тракторов // Двигателестроение, 1987, №3, с.57—58.

28. Непогодьев А.В., Баклина Н.Г., Холин И.Н., Резервы экономии моторного масла // Техника в сельском хозяйстве, 1984, №12, с.22-23.

29. Савин И.Г. Интенсивность и экономичность эксплуатации машинно-тракторного парка /Механизация и электрификация сельского хозяйства №3 2001 с.20

30. Сафронов В.В. /Металлосодержащие смазочные композиции в мобильной сельскохозяйственной технике: технология, исследование, применение. //Ципцин В.И., Добринский Э.К., Семин А.Г. - Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та. 1999. - 80 ст.: ил.

31. Свидетельство на интеллектуальный продукт № 73200800030 / Методика отбора пробы моторного масла из главной масляной магистрали двигателя / М. В. Гребенец и др. ФГУП «ВНТИЦ» от 09.03.2008..

32. Скибневский К., Петросян П., Тельнова Г. Диагностирование двигателей тракторов методом спектрального анализа // Техника в сельском хозяйстве, 1989, №2. -с.63-65.

33. Скибневский К.Ю. и др. Эффективность диагностирования тракторов по результатам анализа масел // Техника в сельском хозяйстве, 1979, №4, с.45-48.

34. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Краткий курс математической статистики для технических приложений. -М.: Физматгиз, 1959.-436с.

35. Соколов А.И. Диагностика судовых двигателей по параметрам работающего масла // Двигателестроение. -1980. -11. -С.46-48.

36. Соколов Л.И. Изменение качества масла и долговечности автомобильных двигателей. — Томск: Изд-во Томского университета. -1976. -122с.

37. Статистические методы в инженерных исследованиях: Лабораторный практикум/Под ред. Г. К. Круга. - М.: 1983.-216с.

38. Шаталов А. Время идет — ремонт стоит. //Сельский механизатор, №1,2001 г . -С.8 .

39. Шейнин A.M. Методы оптимизации технического обслуживании машин. //Труды МАЛИ, 1977;вып. III.

40. Шейнин А,М. Основные принципы управления надежностью машин в эксплуатации. -М.: звание, 1977,вып. 1. - 60 е.; вып. 2. -С.44..

41. Шейнин A.M., Кривщин А.ГТ, Филиппов Б,И - и др. Эксплуатации дорожных машин. - М.: Машиностроение, 1980. -334

42. Шеромов Л.А. Оценка эффективности систем диагностирования эксплуатационной техники//Техническая эксплуатация и исследование СЭУ - Новосибирск, 1985.-С.З-8

43. Bubenicek S Le Suivi d'usure de Machines par la metode des analyse periodiques d'huile //Bulletin technique du: Burean Veritas. -1987/ -Mart/avril. -P.75-78

44. Geehan J.A., Ryason P.R. 'Million Mile Bearings: Lessons From Disel Engine Bearing Failure Analysis" SAE TECHNICAL PAPER SERIES.

45. Lukas M., Anderson D.P. Lubricant Analisis for Gas Turbines Condition Monitoring // Journal of Engineering for Gas Turbines end Power. - 1997. - October. - Vol/. 119. - P. 863-869.