Показатели технического состояния подшипников коленчатого вала

Анализ работы и процесса изнашивания сопряжений кривошипно-шатунного механизма показывает, что в большинстве случаев о состоянии подшипников коленчатого вала можно судить по зазорам в них. Эллипсность и конусность шеек вала до разборки двигателя на ремонт можно не проверять, так как эти показатели являются следствием износа подшипников. Зазоры служат структурными параметрами состояния кривошипно-шатунного механизма, поэтому наиболее объективным способом оценки его технического состояния служит непосредственное измерение зазоров. Однако это требует частичной разборки двигателя и сопряжено с большой трудоемкостью.

На протяжении ряда лет многими исследователями велись поиски безразборных методов оценки технического состояния подшипников коленчатого вала по диагностическим параметрам. Наибольшую известность получили способы, основанные на определении следующих показателей:

давления масла в главной масляной магистрали;

количества масла, протекающего через подшипники в единицу времени;

шумов и стуков, возникающих от ударов в сопряжениях при работе двигателя;

стуков, возникающих от соударения деталей в результате искусственного перемещения поршня и шатуна на величину зазоров в сопряжениях.

Рассмотрим достоинства и недостатки каждого из перечисленных способов.

Падение давления в магистрали может быть вызвано не только увеличением зазоров в подшипниках коленчатого вала, но и неисправностями узлов системы смазки: засорением сетки маслоприемника, нарушением регулировки редукционного и сливного клапанов, а также снижением производительности насоса. Кроме того, возможны ошибки в определении величины давления вследствие неисправностей масляного манометра. Поэтому, прежде чем давать оценку степени изношенности подшипников коленчатого вала по величине давления масла в магистрали, следует убедиться в правильности показаний манометра, а также проверить состояние агрегатов системы смазки и устранить возникшие неисправности. Но даже и в этом случае по величине давления масла нельзя дать правильную оценку состояния каждого сопряжения в отдельности, так как данный показатель является интегральным (суммарным).

Таким образом, давление масла в главной магистрали двигателя — ориентировочный показатель степени изношенности подшипников коленчатого вала.

Для определения степени изношенности подшипников коленчатого вала по количеству масла, протекающего через них в единицу времени, применяют масляный калибратор, подключаемый к главной масляной магистрали. Проверку проводят при заданных значениях температуры и давления масла. По количеству масла, расходуемого через калибратор, судят о суммарной неплотности в коренных и шатунных подшипниках. Ввиду неравномерного изнашивания подшипников точно определить зазоры в отдельных подшипниках таким способом невозможно. Некоторыми авторами разрабатывались аналогичные способы определения зазоров в отдельных парах коренных и шатунных подшипников, однако они не нашли практического применения, так как конструкция современных тракторов не позволяет прокачивать масло через отдельные участки магистрали.

Широко распространено прослушивание двигателя во время его работы. С увеличением зазоров в подшипниках появляются характерные стуки, прослушиваемые в определенных зонах и при соответствующих режимах работы двигателя. Однако эти стуки отчетливо слышны при значениях зазоров, превосходящих допустимые. Причем количественная оценка зазоров зависит от слуховых качеств и опыта оператора, т. е. от его субъективных особенностей.

Один из перспективных методов оценки состояния сопряжений кривошипно-шатунного механизма — виброакустический метод, основанный на измерении параметров вибраций блока цилиндров, характеризующих степень изношенности деталей. В этом направлении большие исследования ведут Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (СибИМЭ), Ленинградский сельскохозяйственный институт в содружестве с ГОСНИТИ и другие организации. Ими достигнуты определенные успехи: разработаны принципы построения систем виброакустической диагностики, получены виброакустические характеристики состояния подшипниковых узлов, создана соответствующая измерительная аппаратура. Однако виброакустические методы пока не нашли достаточно широкого применения на практике. Здесь встречаются определенные трудности, основная из них — сложность разделения сигналов вибраций и шумов, поступающих от многих источников. Такими источниками, кроме кривошипно-шатунного механизма, являются топливо-подающая система, камеры сгорания, впускная и выпускная системы, механизм газораспределения, различные вспомогательные механизмы двигателя и их приводы. Шумы, возникающие от перечисленных источников, составляют общий фон большой интенсивности. Сигналы, поступающие от посторонних источников шумов и вибраций, называют сигналами помех.

При решении вопросов разделения общего уровня вибраций и шумов на отдельные составляющие и выделения интересующего нас (полезного) сигнала нужно иметь в виду следующие обстоятельства. На детали работающего дизеля действуют усилия, изменяющиеся по весьма сложным периодическим законам и вызывающие вынужденные колебания, частоты которых пропорциональны частоте вращения коленчатого вала. Энергия и амплитуды вибраций блока, вызываемых указанными источниками колебаний, зависят от множества факторов, обусловленных общим техническим состоянием двигателя и режимами его работы.

Отсюда следует, что точность определения зазоров в подшипниках коленчатого вала по виброакустическим характеристикам работающего двигателя зависит от отношения уровня вибраций, возникающих вследствие ударов в проверяемом подшипнике, к уровню помех, возникающих от посторонних источников колебаний. Чем больше это отношение, тем выше точность. Решающее влияние на точность измерений оказывает место установки датчика вибраций, которое следует выбирать в точке блока, обеспечивающей получение наибольшей информации от проверяемого подшипника. Чувствительность датчика к влиянию на него вибраций от других источников колебаний при этом должна быть наименьшей.

Согласно исследованиям, проведенным в Ленинградском сельскохозяйственном институте под руководством проф. Н. С. Ждановского, точность определения зазоров в подшипниках четырехцилиндровых дизелей автотракторного типа значительно повышается при выключении двух цилиндров и дросселировании воздушного заряда на впуске (соответственно за счет снижения уровня помех и повышения ударных импульсов).

Если при определении технического состояния узла или агрегата требуется знать момент возникновения требуемого сигнала относительно какой-либо опорной точки (например, в. м. т. поршня), то к описанному устройству подключают блок временной селекции. При помощи данного блока можно определять углы опережения впрыска топлива форсунками, моменты открытия и закрытия клапанов газораспределения и другие фазовые параметры двигателя.

Наряду с разработкой и совершенствованием виброакустических методов определения технического состояния сопряжений кривошипно-шатунного механизма при работающем двигателе в настоящее время ведутся работы по созданию виброакустнческой аппаратуры для безразборного определения зазоров на неработающем двигателе. Например, В. Н. Власенко совместно с автором книги разработан метод определения зазоров в верхней и нижней головках шатуна. Сущность метода заключается в регистрации импульсов вибраций, возникающих от соударения проверяемых сопряжений при искусственном перемещении поршня на величину зазоров (путем попеременного создания в над-поршневом пространстве разрежения и сжатия).

Преимущество данного метода виброакустической диагностики — отсутствие помех, которые неизбежны при регистрации виброакустических сигналов, производимой на работающем двигателе.

Основным достоинством виброакустических методов оценки технического состояния сопряжений кривошипно-шатунного механизма является малая трудоемкость выполнения диагностических операций и возможность автоматизации процессов диагноза.