Тема 1.14 Диагностирование неисправностей ЦПГ и КШМ

Тема 1.14 Диагностирование неисправностей ЦПГ и КШМ

Занятие № ____

Литература:

Основная: ОИ1 Тараторкин В.М., Голубев И.Г. Система технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственных машин и механизмов. М.: Издательский центр «Академия», 2017

Дополнительная: ДИ1 Виноградов В.М. Технологические процессы ремонта автомобилей Издат. центр «Академия», 2011.

Самостоятельная работа (вопросы для изучения): 1. Особенности диагностирования

План занятия:

1. Параметры технического состояния и средства диагностирования

2. Диагностирование неисправностей ЦПГ и КШМ

1. Параметры технического состояния и средства диагностирования

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) включает, цилиндропоршневую группу (гильзы цилиндров, поршни и поршневые кольца), коленчатый вал с шатунными и коренными подшипниками, шатуны со втулками, поршневые пальцы и маховик.

Основным параметром, по которому определяют состояние цилиндропоршневой группы, является угар картерного масла. Для определения угара масла необходимо в течение нескольких контрольных смен точно измерять количество доливаемого масла и топлива. При этом невозможно учесть утечки масла через неплотности сальников коленчатого вала и разъемов картера. Кроме того, угар масла в течение длительного времени работы дизеля изменяется незначительно и лишь при большом износе деталей цилиндропоршневой группы, в частности поршневых колец, начинает резко возрастать.

Такой характер изменения угара масла в зависимости от наработки затрудняет прогнозирование по нему остаточного ресурса.

Об интенсивности изнашивания сочленений дизеля можно судить по концентрации продуктов износа в картерном масле, определяемой с помощью спектрографической установки. В этом случае для оценки степени изношенности основных деталей наряду с регулярным спектральным анализом проб масла, отбираемых через определенные промежутки работы дизеля, необходимо знать их химический состав и соотношение скоростей изнашивания сочленений. О целесообразности разборки дизеля для ремонта или устранения неисправности судят по резкому возрастанию концентрации основных элементов в работавшем масле. Например, значительное возрастание концентрации алюминия свидетельствует о предельном износе поршней и необходимости их замены.

Наибольшее распространение для оценки состояния цилиндропоршневой группы получил способ определения количества газов, прорывающихся в картер. При измерении количества газов ротаметром из-за высокого сопротивления выходу газов из картера и наличия в картере избыточного давления часть газов уходит в атмосферу через сальники коленчатого вала и другие неплотности, минуя прибор. Чтобы избежать этого, во время измерений газы из картера отсасывают, обеспечивая прохождение их только через измерительное устройство.

Угар картерного масла и количество газов, прорывающихся в картер при работе дизеля на всех цилиндрах, являются интегральными (суммарными) оценочными показателями технического состояния цилиндропоршневой группы.

Сравнительную оценку технического состояния цилиндров можно дать по компрессии в них (давлению конца сжатия). Однако при этом необходимо учитывать неплотности клапанов газораспределения. Разница в значениях компрессии у нового и изношенного дизелей возрастает с понижением частоты вращения коленчатого вала, поэтому компрессию следует определять при пусковой частоте вращения коленчатого вала. Для правильной сравнительной оценки состояния цилиндров по компрессии должно быть соблюдено равенство и постоянство частоты вращения коленчатого вала и температуры стенок цилиндров при проверке каждого из них в отдельности. В связи с тем что частота вращения коленчатого вала зависит от технического состояния пускового устройства, а температура стенок цилиндров — от условий проверки дизелей (предварительного разогрева его, температуры окружающей среды и др.), соблюдение отмеченных условий не всегда представляется возможным, следовательно, компрессия является ориентировочным показателем технического состояния цилиндропоршневой группы. Одним из признаков слабой компрессии является трудный пуск дизеля (особенно в холодную погоду) из-за низкой температуры сжатого воздуха, не обеспечивающей самовоспламенения дизельного топлива.

В ГОСНИТИ разработан более совершенный способ оценки состояния отдельных цилиндров по величине разрежения, создаваемого на такте расширения при прокрутке коленчатого вала дизеля пусковым устройством. В отличие от предыдущего, данный способ обладает меньшей трудоемкостью и более высокой точностью результатов диагностирования. При этом вместо компрессиметра используют вакуум-анализатор, позволяющий диагностировать отдельные цилиндры, не закрепляя прибор в головке цилиндров.

Состояние подшипников коленчатого вала контролируют по зазорам в них. Эллипсность и конусность шеек вала до разборки дизеля на ремонт можно не проверять, так как эти параметры являются следствием износа подшипников.

Для оценки технического состояния подшипников коленчатого вала определяют давление масла в главной смазочной магистрали; количество масла, протекающего через подшипники в единицу времени; шумы и стуки от ударов в сопряжениях при работе дизеля, а также от соударных деталей при искусственном перемещении поршня и шатуна на величину зазоров в сопряжениях.

Во время работы дизель прослушивают. С увеличением зазоров в подшипниках, превышающих допустимые, появляются характерные стуки, прослушиваемые в определенных зонах и при соответствующих режимах работы дизеля, при этом количественная оценка зазоров зависит от слуховых качеств и опыта оператора. Хорошие результаты дает прослушивание стуков в неработающем дизеле при попеременном создании в надпоршневом пространстве разрежения и давления.

2. Диагностирование неисправностей ЦПГ и КШМ

Диагностирование цилиндро-поршневой группы

В практике диагностирования цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) тракторных двигателей наиболее распространен метод, основанный на определении расхода газов, прорывающихся в картер, с обеспече­нием во время измерения атмосферного давления в полости картера.

Принципиальная схема измерения расхода прорывающихся газов показана на рис. 4.2.

Маслозаливную горловину 10 картера 9 соединяют гибким трубо­проводом с входом газового расходомера 12, а выход расходомера сообщают через дроссель 7 и ресивер 8 с вакуум-насосом 13. Жид­костный (водяной) манометр 11, соединенный с внутренней поло­стью картера, служит для контроля давления в картере во время за­мера.

Р асход картерных газов измеряют при работе двигателя на заданных скоростных режимах. При этом последовательно выполня­ют следующие операции. Приоткрывая или прикрывая дроссель 7, в картере создают давление, равное атмосферному, о чем судят по по­казаниям жидкостного манометра 11. Газы, прорывающиеся в зазо­ры между поршнями и гильзами, отсасываются из картера через газовый расходомер и дроссель под действием разрежения, создава­емого вакуум-насосом.

Рис. 4.2. Принципиальная схема измерения расхода прорывающихся в картер газов: 1 - цилиндр; 2 - выпускной клапан; 3 - выпускная труба; 4 - эжектор; 5 - впускной клапан; 6 - впускная труба воздухоочистителя; 7 - дроссель; 8 - ресивер; 9 - картер; 10 - маслозаливная горловина; 11 - жидкостный манометр; 12 - газовый расходо-мерные стаканы; 13 - уровень

9 10 11

Поскольку давление газов в полости картера при измерении рав­но атмосферному, утечки газов через различные неплотности ис­ключены.

Необходимость использования вакуум-насоса и источника энергии для его привода отпадает, если для отсоса газов из картера во время измерения использовать разрежение эжекции, создаваемое потоком выхлопных газов при работе двигателя. С этой целью полость картера соединяют через расходомер и дроссель с эжектором 4, устанавливаемым в выпускной трубе 3.

Для отсоса газов можно также использовать разрежение во впускном тракте двигателя, для чего дроссель необходимо соединить гибким трубопроводом с впускной трубой воздухоочистителя 6.

На основе описанного метода разработан также метод определе­ния технического состояния каждого цилиндра в отдельности. Сущность его следующая.

При работе двигателя со всеми работающими цилиндрами измеряют расход картерных газов с отсосом в последовательности, опи­санной выше. Измеренный расход Q_E - суммарный расход газов во всех цилиндрах. Затем отключают проверяемый цилиндр, снимая форсунку. После этого вновь измеряют расход газов из картера при работе двигателя на остальных цилиндрах. Так как в рабочей полости проверяемого (/-го) цилиндра давление отсутствует и нет прорыва газов из нее в картер, то полученное значение расхода Q' бу­дет суммарным расходом газов через остальные работающие цилиндры. О состоянии проверяемого (/-го) цилиндра судят по прорыву газов в нем Q, определяемому как разность:

Q_i=Q_∑-

Состояние остальных цилиндров определяют аналогично.

Состояние отдельных цилиндров двигателя следует проверять лишь при наличии признаков аварийного износа в отдельных цилиндрах.

Такими признаками являются глухой дребезжащий стук в каком- либо цилиндре или большой суммарный расход Q∑ при малой наработке.

Для реализации изложенных методов определения технического состояния ЦПГ разработан индикатор расхода газов КИ-4887 (КИ - контрольно-измерительный). Он включен в комплект оборудования стационарного поста диагностики тракторов и передвижных диагностических установок.

Ранее отмечалось, что одним из важнейших параметров ЦПГ является угар масла. Однако диагностирование по угару масла не по­лучило широкого распространения из-за большой трудоемкости контроля этого параметра.

Для выявления неисправностей отдельных цилиндров используют компрессиметры различных конструкций. Если разница между компрессией одного цилиндра и средним значением компрессии остальных цилиндров превышает 0,4 МПа, то это свидетельствует о неисправности поршневой группы этого цилиндра.

Неисправности цилиндро-поршневой группы

В самых тяжелых условиях в двигателе работает цилиндро-поршневая группа (ЦПГ). Ее детали выполняют наиболее важные функции в рабочем процессе двигателя. Так, например, поршневые кольца и гильзы должны создавать достаточно герметичное рабочее пространство цилиндра, интенсивно отводить тепло от поршней в систему охлаждения; маслосъемные кольца - обеспечивать образование равномерной масляной пленки на трущихся поверхностях и не допускать попадания масла в камеры сгорания.

По мере изнашивания ЦПГ, а также при закоксовывании колец или их поломке герметичность рабочего объема цилиндра становится недостаточной. Это приводит к уменьшению давления и температуры сжатого воздуха в конце такта сжатия, следствием чего являются затрудненный пуск (топливо в дизеле не самовоспламеняется) и перебои в работе двигателя. При сгорании топлива газы под большим давлением прорываются в картер, откуда через сапун выходят в атмосферу. С износом деталей ЦПГ и потерей упругости колец увеличивается количество масла, проникающего в надпоршневое пространство и сгорающего там.

Попадание масла в камеру сгорания вызывает образование нагара на днищах поршней и головке блока цилиндров, вследствие чего затрудняется отвод теплоты от деталей. Сгорание масла изменяет цвет отработавших газов - они становятся синеватого цвета.

Внешние признаки неисправностей ЦПГ:

- повышенное дымление из сапуна;

- перерасход масла;

- трудный запуск дизеля (особенно при пониженных температурах);

- снижение мощности двигателя;

- белый дым при запуске (несгоревшее топливо);

- синий дым при работе (сгоревшее масло).

Диагностирование кривошипно-шатунного механизма

Общее состояние КШМ оценивают по признакам, наблюдаемым при работе двигателя. Прежде чем делать заключение о состоянии подшипников коленчатого вала, необходимо убедиться в исправно­сти манометра давления в системе смазки и в исправности и нор­мальной работоспособности системы смазки.

Для проверки исправности манометра используют приспособ­ление КИ-4940, состоящее из манометра с тройником, и гибким мас­лопроводом с наконечником. Приспособление подключают между магистралью двигателя и штатным манометром. На прогретом дви­гателе при его работе на номинальной и минимально устойчивой частоте вращения определяют давление в магистрали по показани­ям двух манометров и сравнивают эти показания, определяя по­грешность манометра трактора.

Для уточнения диагноза при пониженном давлении масла про­слушивают (от слова «слух») двигатель, чтобы выявить стуки в различных сопряжениях. В качестве простейших усилителей сигна­лов используют простые стетоскопы, а также электронные стето­скопы, состоящие из усилителя с пьезоэлектрическим датчиком, элементов электропитания, стержня и телефона.

Стуки в сопряжениях КШМ определяют прикладыванием нако­нечника стержня стетоскопа к блоку цилиндров в соответствующих зонах при определенных режимах работы двигателя (см. рис. 4.1).

Достаточно эффективным оказывается определение стуков в со­пряжениях КШМ на неработающем двигателе, в цилиндрах которо­го создается попеременно разрежение и избыточное давление с по­мощью компрессорно-вакуумной установки типа КИ-4942 (рис. 4.3).

Давление воздуха в ресивере 8 контролируется по манометру 9, а разрежение в ресивере 3 - вакуумметром 5. Вентиль 4 служит для отсоса воздуха из впускных и выпускных каналов головки цилин­дров при проверке неплотностей сопряжения клапан-гнездо. Один вакуум-насос-компрессор работает в режиме вакуум-насоса, а другой - в режиме компрессора.

Для подключения установки к двигателю снимают форсунки, устанавливают поршень проверяемого цилиндра в ВМТ на такте сжатия и включением какой-либо передачи в коробке перемены пе­редач (КПП) фиксируют это положение. При закрытом кране 12 закрепляют наконечник 13 в отверстии под форсунку, включают установку и в ресивере 8 создают давление 200-250 кПа, а в ресиве­ре 3 - разрежение 60 кПа. Регулятором 10 устанавливают рабочее давление 200 кПа.

Р ис. 4.3. Принципиальная схема компрессорно-вакуумной установки: 1, 2 - вакуум-насосы-компрессоры; 3, 8 - ресиверы; 4 - вентиль; 5 - вакуумметр; 6 - регулятор вакуума; 7 - предохранительный клапан; 9 - манометр; 10 - регулятор давления; 11 - воздухораспределитель; 12 - кран; 13 - наконечник

Стуки в сопряжениях «поршневой палец-втулка верхней головки шатуна» и «бобышки поршня-поршневой палец» определяют, при­ложив стетоскоп к блоку в зоне расположения поршневого пальца и создавая при открытом кране попеременно разрежение и сжатие в надпоршневом пространстве переключением с помощью тумблера золотника воздухораспределителя 11. В таком же режиме, но при­кладывая наконечник стетоскопа к торцу коленчатого вала, опреде­ляют наличие стуков в шатунном подшипнике. Подобным образом проверяют все цилиндры.

Сила стуков при прослушивании определяется субъективно диа­гностом, и поэтому такой способ не может служить признаком для постановки окончательного диагноза. Только по уверенно прослу­шиваемым стукам можно судить о предельном увеличении зазоров. Когда стуки вообще не прослушиваются, а давление масла в маги­страли было пониженное, это свидетельствует о неисправности си­стемы смазки. При слабо прослушиваемых стуках для постановки окончательного диагноза необходимо измерительным прибором - индикатором определить зазоры в проверяемых сопряжениях.

Способ измерения зазоров в кривошипно-шатунном механизме реализуют с помощью устройства КИ-11140, которое устанавлива­ют в отверстие под форсунку. Наконечник воздухораспределителя компрессорно-вакуумной установки присоединяют к датчику пере­мещения поршня. После подготовки к проверке и установки порш­ня в ВМТ в надпоршневом пространстве создают давление и уста­навливают ноль шкалы индикатора напротив стрелки. Затем медленно увеличивают разрежение в надпоршневом пространстве и по индикатору фиксируют перемещение поршня от начального поло­жения до первой остановки, что соответствует зазору в сопряжении «поршневой палец-втулка верхней головки шатуна», и перемеще­ние поршня от первой до второй остановки, которое соответствует зазору в шатунном подшипнике.

По величине каждого из измеренных зазоров судят о необходимости ремонта двигателя, если зазор достиг предельной величины. Если во всех цилиндрах ни один из измеренных зазоров не достиг предел^ь­ной величины, то выбирают максимальные значения зазоров по каж­дому из наименований сопряжений, сравнивая данные по всем цилин­драм, и по этим максимальным значениям прогнозируют остаточный ресурс сопряжений. Наименований сопряжений в данном случае два. Следовательно, мы получим два остаточных ресурса. Очевидно, ми­нимальный из них будет остаточным ресурсом двигателя до ремонта.

4