Зависимость виброакустических параметров коленчатого вала от показателей уровня его усталостного разрушения

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАВИСИМОСТЬ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ОТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УРОВНЯ ЕГО УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ

Денисов Александр Сергеевич, д.т.н., профессор

кафедры «Организация перевозок, безопасность движения и сервис автомобилей»

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический

университет имени Гагарина Ю.А.»

Россия, Саратов

E-mail: denisov0307@yandex.ru

Маркелов Константин Андреевич, студент

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический

университет имени Гагарина Ю.А.»

Россия, Саратов

Анотация. Статья посвящена проблеме развития метода виброакустической диагностики коленчатых валов. Предлагаемый метод дефекткации упрощает процесс обнаружения повреждений в деталях двигателя. По результатам испытаний сделаны выводы о перспективе развития данного направления диагностики.

Ключевые слова: Коленчатый вал, КАМАЗ, диагностика, виброакустика, усталостные разрушения, добротность, амплитудно-частотная характеристика.

DEPENDENCE OF THE VIBROACOUSTIC PARAMETERS OF THE CRANKSHAFT ON THE INDICATORS OF THE LEVEL OF FATIGUE FAILURE

Markelov Konstantin Andreevich, student

Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «Saratov state technical University named after Y. A. Gagarin»

Russia, Saratov

E-mail: arkadakmarkelov@yandex.com

Denisov Alexander Sergeevich, doctor of technical sciences, professor

of the department of «Organization of Transportation, Traffic Safety and Automotive Service»

Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «Saratov state technical University named after Y. A. Gagarin»

Russia, Saratov

E-mail: denisov0307@yandex.ru

Abstract. The article is devoted to the development of the method of vibroacoustic diagnostics of crankshafts. The proposed defecting method simplifies the process of detecting damage in engine parts. Based on the results of the tests, conclusions were drawn about the future development of this diagnostic area.

Keywords: Crankshaft, KAMAZ, diagnostics, vibroacoustics, fatigue failure, Q-factor, amplitude-frequency response.

Экспериментальную проверку справедливости зависимости проводили в лабораторных условиях на кафедре ОПБС СГТУ имени Гагарина Ю.А. и в условиях производства на заводе «Ремдизель» ПАО «КАМАЗ». При снятии ВА сигнала параллельно фиксировали следующие параметры КВ: количество макротрещин (видимых) при магнитной дефектоскопии (не менее 2 мм); максимальную длину трещин; место расположения трещины; год выпуска и конструктивные особенности КВ (базовый или ЕВРО).

Всего было обследовано 120 КВ, из которых 48 базовых, а остальные ЕВРО (без полости грязеуловителей в шатунных шейках). В результате анализа были получены зависимости добротности КВ от параметров, характеризующих степень его усталостного разрушения, которые приведены в табл. 1 - 4. Графическое изображение результатов приведено на рис. 1, 2, 4, 5.

Рисунок 1. Зависимость добротности КВ от количества трещин:

1 - ЕВРО; 2 - базовый

Все экспериментальные точки представляют собой усреднённые значения параметров в соответствии с ростом наработки двигателей и степени усталостного разрушения (число трещин, максимальной длины трещины, глубины трещины).

Рисунок 2. Зависимость добротности КВ

от максимальной длины трещины: 1 - ЕВРО; 2 - базовый

Параметры полученных зависимостей, определённые с использованием программного продукта «Excel» приведены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры зависимости добротности КВ от количества трещин и максимальной длины трещины Базовый КВ

ЕВРО КВ

Из рис. 1, 2 видно, что с ростом количества трещин и длины трещины добротность снижается нелинейно (параметр достоверности R2 у полинома выше, чем у линейной зависимости в среднем на 7,5 %). Объяснить увеличение темпов снижения добротности с ростом длины трещины можно тем, что длина трещины не прямо пропорционально связана со степенью усталостного разрушения.

На рис. 3 приведены этапы роста усталостной трещины, а в табл. 1 приведены полученные экспериментально соотношения глубины и длины трещины. С учётом этих соотношений на рис. 3 приведена зависимость глубины трещины от её длины, которая не линейна, судя по параметрам на графике. Наибольшее значение достоверности соответствует полиному второй степени.

Рисунок 3. Зависимость глубины усталостной трещины КВ от её длины

Учитывая эти соотношения, после пересчёта получили зависимость добротности от глубины трещины (рис. 4).

Рисунок 4. Зависимость добротности КВ от глубины трещины: 1 - ЕВРО; 2 - базовый

Судя по параметрам (табл. 5), эта зависимость линейная, что подтверждает обоснованную зависимость в отношении глубины трещины, как оценочного параметра степени усталостного разрушения. Поскольку в реальной практике измерение глубины трещины затруднено, то можно при принятии решения о годности КВ пользоваться длиной трещины.

Зависимость добротности КВ от наработки сложная убывающая экспонента, которую целесообразно аппроксимировать полиномом второй степени. Для вычисления параметров этого полинома по номеру КВ определяли год его выпуска и приблизительный пробег из условия среднегодового пробега 80 тыс. км. После обработки этих массивов получили зависимости добротности КВ от наработки (рис. 5). Параметры данных зависимостей приведены в табл. 2.

Рисунок 5. Зависимость добротности КВ от наработки: 1 - ЕВРО; 2 - базовый

Таблица 2

Параметры зависимости добротности КВ от наработки

Судя по параметру достоверности сходимость экспериментальных и расчётных данных высокая. Данные зависимости целесообразно использовать при прогнозировании технического состояния КВ в процессе эксплуатации и разработке нормативов его добротности при ремонте.

С ростом длины трещины добротность снижается нелинейно. Объяснить увеличение темпов снижения добротности с ростом длины трещины можно тем, что длина трещины не прямо пропорционально связана со степенью усталостного разрушения.

Зависимость добротности от глубины трещины линейная, что подтверждает обоснованную зависимость в отношении глубины трещины, как оценочного параметра степени усталостного разрушения. На практике можно при принятии решения о годности КВ пользоваться длиной трещины.

Сходимость экспериментальных и расчётных данных зависимости добротности КВ от наработки высокая. Данные зависимости целесообразно использовать при прогнозировании технического состояния КВ в процессе эксплуатации и разработке нормативов его добротности при ремонте.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

вал коленчатый двигатель диагностика

1. Костецкий Б.И. Надежность и долговечность машин / Б.И. Костецкий, И.Г. Носовский, Л.И. Бершадский, А.К. Караулов. - Киев: Техника, 1975. - 408 с.

2. Денисов А.С. Основы формирования эксплуатационно-ремонтного цикла автомобилей / А.С. Денисов. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1999. - 352с.

3. Денисов А.С. Обеспечение надёжности автотракторных двигателей / А.С. Денисов, А.Т. Кулаков. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2007. - 422 с.

4. Денисов А.С. Теоретический анализ изменения напряженно-деформированного состояния коленчатого вала в процессе эксплуатации / А.С. Денисов, А.Т. Кулаков, Б.Ф. Тугушев, Е.Ю. Горшенина, А.А. Видинеев // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2010. - № 9. - С. 47-51.

5. Кулаков А.Т., Денисов А.С., Макушин А.А. Особенности эксплуатации, обслуживания и ремонта силовых агрегатов грузовых автомобилей. Учебное пособие. М.: Инфра-Инженерия, 2013. - 432 с.

6. Никишин В.Н. Обеспечение качества коленчатого вала автомобильного дизеля / В.Н. Никишин, А.Т. Кулаков, А.С. Денисов, А.А. Видинеев // Вестник Саратовского государственного технического университета, 2006. - № 4. - С. 69-76.

7. Гельман Л.М. Виброакустический метод свободных колебаний для неразрушающего контроля трещин / Л.М. Гельман, С.В. Горпинич // Акустичний вiсник - 1999. - Том 2, №4. С.3-22.

8. Генкин М.Д. Акустическая диагностика машин и конструкций / М.Д. Генкин - М.: Наука, 1973, 112 с.

9. Генкин М.Д. Виброакустическая диагностика машин и механизмов / М.Д. Генкин, А.Г. Соколова. М.: Машиностроение, 1987, 228 с.

10. Игнатьев А.А. Автоматизация выявления дефектов колец подшипников виброакустическим методом при импульсном воздействии / А.А. Игнатьев, А.Г. Мотков, М.Ю. Захарченко.- Саратов: СГТУ, 2016.- 108 с.

11. Бидерман В.Л. Прикладная теория механических колебаний / В.Л. Бидерман - М.: Высшая школа, 1972. - 416 с.

12. Добрынин С.А. Метод автоматизированного исследования вибрации машин / С.А. Добрынин, М.С. Фельдман, Г.И. Фирсов. М.: Машиностроение, 1987. - 224 с.

13. Клюев В.В. / Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник. / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалёв. - М.: Машиностроение, 2003. - 657 с.

Размещено на Allbest.ru