Диагностика строительных машин / Средства и технологии диагностирования строительных машин / Глава 4.1
Цилиндро-поршневые группы
В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) цилиндро поршневая группа работает в наиболее тяжелых условиях: газовая среда, высокая температура, большие циклические нагрузки. При этом происходит интенсивный износ поршневых колец и поверхности тела цилиндра, что естественно приводит к изменению условий воспламенения в над поршневом пространстве и влияет на работу большинства систем двигателя.
Износ деталей
Износ деталей цилиндр поршневой группы приводит к увеличению динамических нагрузок на детали, к увеличению зазоров между деталями и интенсивному прорыву газов из камеры сгорания в картер. В результате давление газов в картере повышается, а в над поршневом пространстве снижается, увеличиваются шум и вибрация, повышается степень загрязнения картерного масла и происходит изменение еще ряда параметров.
Большое разнообразие параметров, позволяющих выявить техническое состояние цилиндро поршневой группы требует также применения различной диагностической аппаратуры, определяющей с достаточной точностью состояние проверяемых систем.
Обычно используются три зоны измерений диагностических параметров, характеризующих техническое состояние цилиндро поршневой группы: камера сгорания, корпус блока цилиндров, картер двигателя.
Информативность параметров этих зон различна, как и возможности применения диагностического. Обеспечивается либо весом диагностируемой машины, приходящимся на ведущие колеса, либо созданием соответствующей поверхности беговых барабанов (рифленая, прорезиненная, ребристая и т. д.). Необходимо обеспечить отсутствие влаги на колесах и беговых барабанах, поэтому желательно предусмотреть перед стендом обдув и сушку пневмоколес диагностируемых машин.
При решении вопроса о применении той или. иной конструкции стенда для диагностирования строительных машин наряду с. числом барабанов, возможной нагрузкой на барабаны необходимо учитывать мощность приводных балансир-ных машин в режиме динамической обкатки. Эта мощность зависит от мощности двигателя предназначенной к диагностированию машины и определяется формулой
Мощность балансирной машины
Мощность балансирной машины должна быть больше расчетной. Сравнивая необходимую для диагностирования строительной машины мощность с мощностью стенда,, определяют возможности его применения для строительных машин определенных типов.
Для оценки возможности применения стендов для диагностирования тяжелых строительных машин определяют нагрузки, приходящиеся на беговые барабаны, и производят прочностный расчет подшипниковых узлов, валов и цилиндров. Нагрузку на каждую ось машины определяют из паспортных данных. Нагрузка, приходящаяся на каждое колесо, распределяется между двумя.
Так, параметры, определяемые в камере сгорания и на корпусе блока цилиндров, позволяют определять состояние конкретной группы деталей, а параметры.
В зоне камеры сгорания в основном определяют давление сжатия и чистоту поверхностей цилиндров.
Параметры второй зоны - вибрации и температуры- не нашли широкого применения в практике в основой из-за сложной аппаратуры, трудностей выделения сигнала проверяемой группы деталей и повышенных требований к точности установки датчика. В зоне корпуса блоков цилиндров за параметр принимается шум, но этот параметр обладает недостаточной информативностью.
В третьей зоне (картер двигателя) наибольшей информативностью обладают следующие параметры: количество газов, прорывающихся в картер; расход масла и содержание в масле продуктов износа.
Индикатор расхода газов
Наиболее распространен способ выявления технического состояния цилиндро поршневой группы по количеству газов, выходящих из картера. Для этого применяют индикатор расхода газов КИ-4887-П, состоящий из дроссельного расходомера постоянного перепада давления с жидкостным манометром, эжектора для отсоса газов, конусного наконечника и соединительных рукавов. Расход газов определяют на заданных режимах двигателя. Индикатор расхода газов при помощи конусного наконечника и рукава соединяют с внутренней поверхностью картера через маслозаливную горловину, а выходное отверстие расходомера посредством эжектора соединяют с выхлопной трубой двигателя. Отработавшие газы, обтекая эжектор, создают разрежение на выходе индикатора, что приводит к отсосу газов из картера двигателя через прибор.
При работе двигателя на номинальной частоте вращения при помощи регулировочного крана выравнивают давление в жидкостном манометре, а затем дросселем создают определенный перепад давления между входной и выходной камерами расходомера, и по лимбу дросселя определяют количество газов, прорывающихся в картер.
Этим же методом определяют техническое состояние каждого цилиндра в отдельности, для чего с проверяемого цилиндра снимают форсунку и определяют суммарный расход газов оставшихся цилиндров. Разность расхода газов при работе всех цилиндров и при отключении одного и дает величину прорыва газов из отключенного цилиндра. Аналогичным образом определяют состояние всех цилиндров. Проверка технического состояния каждого цилиндра - довольно трудоемкая операция, поэтому эти работы следует проводить лишь при появлении признаков аварийного состояния цилиндров; повышенном суммарном расходе газов, глухих стуках в цилиндрах. Увеличенный расход газов в одном из цилиндров (более 15 мин) по сравнению с другими указывает на его аварийное состояние.
Измерение давления
Широко распространен метод диагностирования цилиндро поршневой группы по давлению сжатия (компрессии) в цилиндрах двигателя. Для этого используют, компрессометры различных конструкций, в том числе универсальный компрессометр КИ-861 (для дизельных и карбюраторных двигателей). Прибор представляет собой стержень с внутренним каналом. В верхней части стержня закреплен манометр, а нижняя часть заканчивается резиновым наконечником для подсоединения к форсуночным отверстиям двигателя. В канале установлен обратный клапан для поддержания максимального давления в полости манометра и боковое отверстие с запорным винтом для сброса давления.
Измерение давления сжатия производят на прогретом двигателе. Снимают все форсунки и двигатель прокручивают пусковым двигателем или стартером. В период прокручивания двигателя компрессометр устанавливают поочередно на все цилиндры в форсуночные отверстия и измеряют максимальное давление воздуха на такте сжатия.
При измерении компрессии завертывают запорный винт и отмечают максимальное давление, зафиксированное манометром, после чего запорным винтом снимают давление. По величине давления сжатия можно судить о степени герметичности камеры сгорания. Причиной нарушения герметичности камеры сгорания могут быть наряду с износом деталей цилиндро поршневой группы неплотность прилегания клапанов и нарушение прокладки головки блока цилиндров. Общее снижение компрессии во всех цилиндрах свидетельствует об износе деталей цилиндро поршневой группы.
Техническое состояние деталей
В последнее время получил распространение метод определения технического состояния цилиндров по величине разрежения в над поршневом пространстве. Применяют вакуум-анализатор КИ-5315, состоящий из вакуумметра, корпуса в виде трубки, впускного и выпускного клапанов и подсоединительного наконечника. При измерении вакуума на такте сжатия выпускной клапан открыт и соединяет над поршневое пространство с атмосферой, а впускной клапан закрыт, в период хода поршня вниз выпускной клапан закрыт, а впускной открывается, соединяя вакуумметр с над поршневым пространством. Показания фиксируют при стабилизации положения стрелки вакуумметра. Специальным вентилем снимают вакуумметрическоё давление перед новым измерением. Процесс диагностирования по вакууму идентичен процессу измерения компрессии в цилиндрах двигателя.
Техническое состояние деталей цилиндро поршневой группы оценивают также по расходу воздуха, измеряемому пневматическим прибором К-69. При диагностировании этим прибором используется сжатый воздух от компрессора. Прибор позволяет выявить утечку сжатого воздуха из цилиндра при полностью закрытых клапанах. Эти утечки характеризуют не только состояние деталей цилиндро поршневой группы, но и герметичность клапанов и прокладок головки блока цилиндров.
Прибор К-69 состоит из коллектора для распределения сжатого воздуха, поступающего из компрессора; газового редуктора, имеющего калибровочные отверстия; обратного и предохранительного клапанов для поддержания постоянного рабочего давления .воздуха перед входом в измерительную сеть прибора; манометра со шкалой, проградуированной в процентах расхода воз духа, и наконечника с клапаном для подсоединения прибора к цилиндру двигателя через отверстие для форсунки или свечи.
Использование стетоскопов
При диагностировании прибор К-69 подсоединяют к компрессору и наконечник прибора вставляют в отверстие для форсунки проверяемого цилиндра, поршень которого находится в верхней мертвой точке (ВМТ) при закрытых клапанах. Воздух через газовый редуктор направляется в цилиндр, и по показаниям манометра определяют интенсивность утечки сжатого воздуха. Уточнение диагноза облегчает шкала манометра, имеющая три зоны: хорошее состояние, удовлетворительное, требующее ремонта. Для определения мест утечки в проверяемом цилиндре методом прослушивания воздух направляется из коллектора, минуя газовый редуктор, через наконечник в цилиндр. В этом случае увеличивается давление воздуха, поступающего в двигатель.
В последнее время находит распространение метод проверки технического состояния поверхностей цилиндров и поршней путем осмотра при помощи эндоскопа.
Поршневой группы при наличии специального оборудования. Без применения специального оборудования можно зафиксировать стуки методом прослушивания тогда, когда зазоры превысят допустимую величину, а обслуживающий персонал имеет соответствующий опыт.
Использование стетоскопов и шумомеров расширяет возможности контроля. Наиболее распространены стетоскопы «Экранас» и КИ-1154.
Стетоскоп КИ-1154 представляет собой стержень с закрепленной в средней части рукояткой, на верхнем конце стержня - звукоусиливающий корпус, чашка ко-, торого закрыта мембраной. При диагностировании стержнем касаются корпуса двигателя в зоне проверяемой цилиндро поршневой группы и слушают стуки. По характеру и силе звука определяют техническое состояние проверяемого механизма. Но результат диагноза в этом случае во многом зависит от субъективных факторов.
Исследования
Разрабатываемые в течение последних лет методы виброакустического диагностирования позволяют оценивать по количественным значениям параметров вибрации двигателя техническое состояние ряда сопряжений. При диагностировании цилиндро поршневой группы с применением виброакустических методов большое значение для получения правильных данных имеет точность установки датчика вибрации на поверхности блока цилиндров. Датчик устанавливают в зону получения максимального сигнала от проверяемого сопряжения (эта зона для каждого типа двигателя различна).
Исследования Н. С. Ждановского позволили установить, что при выделении сигнала, характеризующего техническое состояние проверяемого сопряжения, большое значение имеет скоростной режим работы двигателя. Наиболее благоприятным для диагностирования является работа двигателя с устойчивой низкой частотой вращения коленчатого вала, при этом отключение непроверяемых цилиндров улучшает выделение сигнала из-за уменьшения помех.
С увеличением зазора в сопряжении поршень-гильза уровень вибрации значительно увеличивается.
При выявлении технического состояния поршневых колец по виброакустическим параметрам фиксируют частоту вращения двигателя в момент возникновения перекладки и удара поршня о стенки цилиндра. По мере износа поршневых колец перекладка поршня будет происходить при меньшей частоте вращения двигателя.
При осмотре поверхности цилиндра трубку эндоскопа вставляют в отверстие для форсунки.
Все рассмотренные выше методы и средства диагностирования цилиндро-поршневой группы обладают разной чувствительностью. Большей чувствительностью обладают методы измерения утечки сжатого воздуха и прорыва газов в картер.