Влияние степени износа шатунных подшипников на амплитуду пульсаций давления масла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирский НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства

Влияние степени износа шатунных подшипников на амплитуду пульсаций давления масла

Лившиц В.М.

Косенко Д.Ю.

Пятин С.П.

Моносзон А.А.

Кошевой В.Г.

Аннотация

зазор шатунный подшипник давление

В статье рассматривается влияние зазора в сопряжении шатунный подшипник - шейка на амплитуду пульсаций давления масла в центральной масляной магистрали. Построены графики зависимостей пульсаций давления масла от частоты вращения коленчатого вала двигателя при различных состояниях подшипниковых узлов и проведен анализ этих кривых.

Ключевые слова: кривошипно-шатунный механизм, подшипник скольжения, режим трения, зазор, масляный клин, пульсация, контроль технического состояния, датчик, испытания, информация, узел трения, прогнозирование, планирование, ремонтно-восстановительная операция

Для более эффективного использования машинно-тракторного парка необходимо своевременно выявлять и устранять возникающие неисправности наиболее нагруженных узлов основных агрегатов. Что касается двигателя, то наиболее нагруженным узлом является кривошипно-шатунный механизм, который воспринимает значительные знакопеременные нагрузки от сил инерции и сил давления газов.

Наиболее ответственной единицей этого узла является подшипник скольжения, определяющий ресурс и надежность двигателя в целом. Подшипники скольжения смазываются моторным маслом, постоянно подающимся масляным насосом к их поверхности и обеспечивающим гидродинамический режим трения.

Непосредственный контакт между трущимися поверхностями в гидродинамическом режиме отсутствует благодаря масляной пленке, которая образуется в сходящемся зазоре (масляном клине) между поверхностями подшипника и вала.

Однако при определенных условиях гидродинамический режим трения сменяется на смешанный. Это происходит вследствие износа и появления дефектов на рабочей поверхности вкладышей при работе узла трения на высоких нагрузках, недостаточного подвода масла к подшипнику, низкой вязкости масла, загрязнения масла.

В смешанном режиме трения возникает непосредственный физический контакт поверхностей, чередующийся с гидродинамическим трением. А это может привести к задирам, критическому износу подшипника и выводу из эксплуатации двигателя. Как следствие, в паре трения постепенно увеличивается зазор между трущимися поверхностями.

Величина зазора имеет очень большое значение. Чем больше зазор, тем быстрее вытекает масло из подшипника и тем труднее создать масляный клин, обеспечивающий жидкостную смазку. Толщина масляного слоя в подшипнике зависит от величины нагрузки на вал. С увеличением нагрузки на вал масло из подшипника будет выдавливаться, в результате слой масла, отделяющий вал от подшипника, становится все тоньше, и возникает опасность разрушения подшипника вследствие возникновения сухого трения [1].

С целью исследования влияния зазора на величину давления масла в центральной масляной магистрали на базе автотракторного двигателя Д-240 проводились эксперименты с разной степенью износа шатунных подшипниковых узлов: номинальным зазором 80 мкм и максимально допустимым зазором 250 мкм. Для этого были сделаны записи сигналов с датчика давления, установленного в центральной масляной магистрали. Испытания проводились в режиме динамической загрузки двигателя путем свободного разгона и выбега.

Анализ формы сигнала, записанного с датчика давления масла при испытаниях, показывает наличие пульсаций, которые возникают вследствие динамических процессов, протекающих в двигателе [2] (рис. 1).

Для анализа полученных экспериментальных данных был разработан алгоритм обработки, при котором вычислялись среднее давление пульсации в масляной магистрали и экстремумы пульсации для каждого участка рабочего цикла двигателя [3].

По результатам обработки исходных данных были построены зависимости максимумов и минимумов пульсаций в центральной масляной магистрали от частоты вращения коленчатого вала двигателя при номинальном и максимальном зазорах в третьем и четвертом шатунных подшипниках.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Пульсации давления в центральной масляной магистрали

На рис. 2-4 показаны зависимости максимумов, минимумов и средних значений давления пульсаций масла в масляной магистрали от частоты вращения коленчатого вала двигателя при различных зазорах.

Маркерами на графиках отмечены точки, соответствующие максимальной нагрузке двигателя.

Рис. 2. Зависимости максимальных значений пульсаций давления масла от частоты вращения коленчатого вала двигателя при номинальном зазоре и при зазорах 250 мкм в третьем и четвертом шатунных подшипниках

Рис. 3. Зависимости минимальных значений пульсаций давления масла от частоты вращения коленчатого вала двигателя при номинальном зазоре и при зазорах 250 мкм в третьем и четвертом шатунных подшипниках

Рис. 4. Зависимости средних значений пульсаций давления масла от частоты вращения коленчатого вала двигателя при номинальном зазоре и при зазорах 250 мкм в третьем и четвертом шатунных подшипниках

На графике, показанном на рис. 2, видно, что максимальное значение пульсаций давления в центральной масляной магистрали двигателя при номинальном зазоре нарастает линейно в течение всего периода разгона. В то же время максимальный зазор как в третьем, так и в четвертом шатунном подшипнике идентифицируется характерным падением пульсаций давления после прохождения участка максимальной нагрузки двигателя с последующим их ростом. Разница в значениях давления при одинаковых зазорах в третьем и четвертом шатунном подшипнике объясняется разными схемами подвода масла к этим узлам. Данный аспект находит отражение и на графиках средних и минимальных значений пульсаций давления в центральной масляной магистрали.

На графике минимальных значений пульсаций давления (рис. 3) также прослеживается связь с участком максимальной нагрузки коленчатого вала, после прохождения которого интенсивный рост давления сменяется его падением.

В результате анализа данных, полученных в ходе расчёта, можно сделать вывод о пропорциональном росте максимальной амплитуды пульсаций давления масла в центральной масляной магистрали при изменении зазора в сопряжении подшипник - шатунная шейка коленчатого вала. Так, амплитуда пульсаций давления в центральной масляной магистрали при максимальном зазоре в 3-м или 4-м шатунном подшипнике возрастает на 45-52 % в точке максимальной нагрузки на двигатель. При максимальных оборотах коленчатого вала эта величина составляет 29-34 %. Таким образом, увеличение зазора в сопряжении подшипник - шатунная шейка коленчатого вала оказывает значительное влияние на пиковую величину давления масла в центральной масляной магистрали.

Таким образом, проведенные исследования показывают возможность определения состояния шатунных подшипников кривошипно-шатунного механизма по параметрам изменения давления в центральной масляной магистрали.

Список использованных источников

1. Чичинадзе А.В., Браун Э.Д., Буше Н.А. и др. Основы трибологии (трение, износ, смазка): учебник для технических вузов. 2-е изд. переработ. и доп. Под. общ. ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение. - 2001. - 664 с., ил.

2. Косенко Д.Ю., Пятин С.П., Моносзон А.А., Кошевой В.Г. Новые средства диагностики как фактор повышения эффективности использования автотракторной техники // Состояние и инновации технического сервиса машин и оборудования: сб. науч. тр. по материалам VII регион. науч.-практ. конф. - НГАУ. - 2015.

3. Лившиц В.М., Косенко Д.Ю., Пятин С.П. Интеллектуализация средств диагностики как основа их совершенствования // Труды ГОСНИТИ. - 2016, том 123. - С. 85-88.

4. Лившиц В.М., Косенко Д.Ю., Пятин С.П., Моносзон А.А., Кошевой В.Г. Влияние степени износа шатунных подшипников на амплитуду пульсаций давления масла // АгроЭкоИнфо. - 2018, № 4. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/4/st_435.doc.

Размещено на Allbest.ru