Діагностування за шумами і вібраціями

Шуми в працюючому двигуні виникають унаслідок стукоту корінних і шатунних підшипників, поршневих пальців, поршнів, вібрації клапанів, коливання розподільного вала і кулачків від імпульсів крутильних коливань колінчастого вала, коливання газів по впускному і випускному трубопроводах, детонації в карбюраторному двигуні, співударяння різних деталей, тертя в рухомих з'єднаннях.

За характером стукоту або шуму і за місцем його виникнення можна визначити деякі несправності двигуна (збільшення зазорів у підшипниках колінчастого вала, між поршнем і циліндром, клапанами і штовхачами, кла­панами і втулками, у підшипниках розподільного вала).

Найперспективнішим методом діагностування технічного стану газороз­подільного і кривошипно-шатунного механізмів є віброакустичні методи із застосуванням спеціальної вимірювальної апаратури. Для віброакустичного діагностування використовують коливальні процеси пружного середовища, які виникають при роботі механізмів. Джерелом цих коливань є газодинамічні процеси (згоряння, випуск, впуск), регулярні механічні співударяння у спря­женнях за рахунок зазорів і неврівноваженості мас, а також хаотичні коли­вання, які зумовлені процесами тертя. При роботі двигуна всі ці коливання накладаються одне на одне і, взаємодіючи, утворюють випадкову сукупність коливальних процесів, яку називають спектром. Це ускладнює віброакустичне діагностування потребою заглушувати перешкоди, виділяти корисні сиг­нали й розшифровувати коливальний спектр.

Поширення коливань у пружному середовищі (тверді тіла, рідини, гази) має хвильовий характер. Параметрами коливального процесу є частота (пері­одичність), рівень (амплітуда) і фаза (положення імпульсу коливального про­цесу щодо опорної точки циклу роботи механізму). Рівень вимірюють зміщен­ням, швидкістю або прискоренням частинок пружного середовища, тиском, що виникає в ньому, або ж потужністю коливального процесу. Між парамет­рами коливального процесу є перевідні масштаби. Повітряні коливання прий­нято називати шумами (стукотом), які сприймаються за допомогою мікрофо­на. Коливання матеріалу, з якого складається механізм, називають вібрація­ми. Параметри вібрації сприймають за допомогою п'єзоелектричних датчиків, потім підсилюють, вимірюють за масштабом і реєструють.

Основною характеристикою зовнішнього і внутрішнього шуму є рівень звуку в децибелах, допустимі значення якого наведено в табл. 7.1.

Таблиця 1

Тип автомобіля	Рівень звуку, дБ, для автомобілів, виробництво яких розпочате
	до 01.01.1987 р.	після 01.01.1987 р.
Легкові автомобілі
Автобуси з повною масою, кг:
до 3500 включно
понад 3500
Автобуси з двигуном потужністю 162 кВт і вище
Вантажні і вантажопасажирські автомобілі,
автопоїзди з повною масою, кг:
до 3500 включно
понад 3500
12000 з двигуном потужністю
162 кВт і вище

 

 

Віброакустична діагностика дає змогу розшифрувати коливальні процеси, оскільки кожна співударяюча пара породжує свої власні коливання, які за своїми параметрами різко відрізняються від коливань газодинамічного по­ходження і коливань, спричинених тертям. Потужність коливань різко змінюється при зміні зазорів. Це пояснюється тим, що зміна зазорів приво­дить до зміни енергії співударянь. При цьому змінюється також тривалість співударянь. Наявність коливань пар, що співударяються, визначають за фа­зою відносно опорної точки (верхня мертва точка, посадка клапана та ін.).

Є кілька методів віброакустичного діагностування. Найпоширеніша реє­страція рівня коливального процесу у вигляді миттєвого імпульсу в функції часу (або частоти обертання колінчастого вала) за допомогою осцилографа. Рівень і характер спаду коливального процесу порівняно з нормативним да­ють змогу визначити несправність спряження, що діагностується. Більш уні­версальним методом віброакустичної діагностики є реєстрація й аналіз усьо­го спектра, тобто всієї сукупності коливальних процесів. Коливальний спектр знімають на вузькій характерній ділянці процесу при відповідних швид­кісному й навантажувальному режимах роботи механізму, який діагностують. Аналіз спектра полягає в групуванні за частотами його складових коливаль­них процесів за допомогою фільтрів (подібно до настроювання радіоприй­мачів на відповідну хвилю). Дефект виявляють за максимальним або се­реднім рівнем коливального процесу у смузі частот, зумовленій роботою діаг­ностованого спряження порівняно з нормативами (еталонами).

 

Наближено визначити шуми і стукіт у двигуні можна за допомогою сте­тоскопа (рис. 4). Двигун допускається до експлуатації при помірному сту­коті клапанів, штовхачів і розподільного вала на малих обертах холостого ходу. Якщо виявлено стукіт у шатунних і корінних підшипниках колінчас­того вала, то двигун до експлуатації не допускається. Стукіт корінних підшип­ників глухий сильний низького тону. Стукіт шатунних підшипників серед­нього тону дзвінкіший, ніж стукіт корінних підшипників. При вимиканні запалювання стукіт у циліндрі підшипника, який перевіряють, зникає. Стукіт корінних підшипників прослуховується в площині розняття картера, а шатун­них — на стінках блока циліндрів по лінії руху поршня в місцях, що відпо­відають верхній і нижній мертвим точкам (рис. 7.5).

Стукіт поршневих пальців різкометалевий, він зникає при вимиканні за­палювання. Прослуховується у верхній частині блока циліндрів при різко-змінному режимі роботи прогрітого двигуна. Наявність стукоту свідчить про підвищений зазор між пальцем і втулкою головки шатуна або про збільше­ний отвір для пальця в бобишці поршня.

Стукіт поршнів глухий, клацаючий, він зменшується в міру прогрівання двигуна. Стукіт поршнів прослуховується у верхній частині блока циліндрів з боку, протилежного розподільному валу, при роботі недостатньо прогрітого двигуна (у разі сильного спрацювання можливий стукіт поршня і на про­грітому двигуні). Наявність стукоту свідчить про значне спрацювання поршнів і циліндрів.

2 З

 

Рис. 4. Стетоскопи: а — найпростіший КИ-1154; б — електронний: 1 — привід; 2 - елементи живлення; 3 — корпус-ручка; 4 — перетворювач; 5 — стержень; 6 — телефон-навушник

 

Рис. 5. Зони прослуховування двигуна з верхніми (а) і нижніми (б) клапанами: 1 — зона клапанів; 2 — поршнів; 3 — штовхачів; 4 — підшипників; 5 — розподільних шестерень

 

Стукіт клапанів дзвінкий, добре прослуховується на прогрітому двигуні при малих обертах двигуна. Він виникає при збільшенні теплових зазорів між стержнями клапанів і носком коромисла (штовхачем). Точність діагно­зу за допомогою стетоскопів значною мірою залежить від досвіду механіка або слюсаря-моториста.

Діагностування за параметрами картерного масла дає змогу визначити темп спрацьовування деталей двигуна, якість роботи повітряних і масляних фільтрів, герметичність системи охолодження, а також придатність самого масла. В основу діагностування покладено те, що концентрація в маслі дви­гуна продуктів спрацьовування основних деталей зберігається практично сталою при нормальному технічному стані двигуна і різко зростає перед відмо­вами. Діагноз ставлять, порівнюючи добуті результати аналізу масла (при справно працюючих масляних і повітряних фільтрах і нормальному стані масла) з граничними показниками і попередніми результатами. Перевищен­ня допустимих норм концентрації в маслі металів свідчить про несправну роботу спряжених деталей, перевищення норми вмісту кремнію, несправність системи охолодження, а знижена в'язкість масла дає змогу дійти висновку про його придатність.

Для діагностування двигуна за концентрацією продуктів спрацювання в картерному маслі (кожного металу зокрема) застосовують спектральний аналіз, спалюючи рідку пробу масла у високотемпературному полум'ї вольтової дуги. Спектр реєструють за допомогою високочутливого спектрографа автоматизо­ваної фотоелектричної установки. Пара продуктів спрацювання дає лінійча­тий спектр, який піддають кількісному аналізу. При якісному аналізі вияв­ляють спектральні лінії, що свідчать про присутність у картерному маслі металів деталей, які спрацьовуються, а при кількісному визначають інтен­сивність почорніння спектральних ліній. Почорніння ліній вимірюють мікро­фотометром. Потім добуті результати переводять в абсолютні одиниці кон­центрації, використовуючи тарувальні графіки.

Основні деталі, які обмежують ресурс двигуна, виготовлені з феромагніт­них металів (гільзи циліндрів, поршневі кільця та ін.). Тому їхні несправ­ності призводять до збільшення в маслі кількості феромагнітних продуктів спрацьовування, за концентрацією яких можна дійти висновку про техніч­ний стан агрегату. Діагностування двигуна за концентрацією феромагнітних частинок у картерному маслі проводять порівняно швидко і просто, але не дуже точно. Його здійснюють за допомогою електричного приладу, який ви­мірює концентрацію продуктів спрацьовування за зміною індуктивності мас­ла внаслідок присутності в ньому феромагнітних частинок.

 

Діагностування за герметичністю надпоршневого простору циліндрівдвигуна.

Ці роботи виконують за компресією, витіканням стиснутого по­вітря, прориванням газів у картер двигуна, угаром масла та іншим.