19. Приборы для виброакустической диагностики

Наиболее перспективным методом диагностики технического состояния газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов являются виброакустические методы с применением специальной измерительной аппаратуры. Для виброакустической диагностики (ВАД) используются колебательные процессы упругой среды, возникающие при работе ШПГ. Источником этих колебаний являются газодинамические процессы (сгорание, выпуск, впуск), регулярные механические соударения в сопряжениях за счет зазоров и неуравновешенности масс, а также хаотические колебания, обусловленные процессами трения. При работе двигателя все эти колебания накладываются друг на друга и образуют случайную совокупность колебательных процессов, называемую спектром. Это усложняет виброакустическую диагностику из-за необходимости подавления помех, выделения полезных сигналов и расшифровки колебательного спектра.

Распространение колебаний в упругой среде носит волновой характер. Параметрами колебательного процесса являются частота (периодичность), уровень (амплитуда) и фаза (положение импульса колебательного процесса относительно опорной точки цикла работы механизма). Уровень измеряют смещением, скоростью или ускорением частиц упругой среды, давлением, возникающим в ней, или же возможностью колебательного процесса. Воздушные колебания называются шумами (стуками) и улавливаются с помощью микрофона. Вибрации отдельных деталей механизма измеряют с помощью пьезоэлектрических датчиков.

ВАД позволяет расшифровать колебательные процессы, так как каждая соударяющаяся пара вызывает собственные колебания, которые по своим параметрам резко отличаются как от колебаний газодинамического происхождения, так и от колебаний, вызванных трением. Величина колебаний резко изменяется при изменении зазоров, так как изменение зазоров вызывает изменение энергии соударения. Также меняется длительность соударений. Принадлежность колебаний соударяющихся пар определяют по фазе относительно опорной точки (верхняя мертвая точка, посадка клапана и т. п.).

Существует несколько методов ВАД. Наибольшее распространение получила регистрация уровня колебаний в виде мгновенного импульса в функции времени (или угла поворота коленчатого вала) при помощи осциллографа. Уровень характер спада колебательного процесса по сравнению с нормативным позволяет определить неисправность диагностируемого сопряжения. Более универсальным методом ВАД является регистрация и анализ всего спектра, т. е. всей совокупности колебательных процессов. Колебательный спектр снимают на узком характерном участке процесса при соответствующем скоростном и нагрузочном режиме работы диагностируемого механизма. Анализ спектра заключается в группировке по частотам его составляющих колебательных процессов при помощи фильтров (подобно настройке радиоприемников на соответствующую волну). Дефект выявляют по максимальному или среднему уровню колебательного процесса в полосе частот, обусловленной работой диагностируемого сопряжения по сравнению с нормативами (эталонами).

Приближенно определить шумы и стуки в двигателе можно при помощи стетоскопа.

Двигатель допускается к эксплуатации при умеренном стуке клапанов, толкателей и распределительного вала на малых оборотах холостого хода. Если обнаружены стуки в шатунных и ко ренных подшипниках коленчатого вала, двигатель к эксплуатации не допускается. Стук коренных подшипников глухой, сильный, низкого тона. Стук шатунных подшипников — среднего тона, более звонкий, чем стук коренных подшипников. При выключении зажигания стук в цилиндре проверяемого подшипника исчезает. Стук коренных подшипников прослушивается в плоскости разъема картера, а шатунных — на стенках блока цилиндров по линии движения поршня в местах, соответствующих верхней и нижней мертвым точкам.

Стуки поршневых пальцев резко металлические, пропадающие при выключении зажигания. Они прослушиваются в верхней части блока цилиндров при резком переменном режиме работы прогретого двигателя. Наличие стука указывает на повышенный зазор между пальцем и втулкой головки шатуна или на увеличенное отверстие для пальца в бобышке поршня.

Стук поршней глухой, щелкающий, уменьшающийся по мере прогрева двигателя. Стуки поршней прослушиваются в верхней части блока цилиндров со стороны, противоположной распределительному валу, при работе недостаточно разогретого двигателя (при сильном износе возможен стук поршня и на прогретом двигателе). Наличие стуков свидетельствует о значительном износе поршней и цилиндров.

Стуки клапанов звонкие, хорошо прослушиваются на прогретом двигателе при малых оборотах двигателя. Они возникают при увеличении тепловых зазоров между стержнями клапанов и носком коромысла (толкателем). Точность диагноза в значительной степени зависит от опыта механика.

Эндоскопы

Эндоскоп — единственное средство, которое позволяет без разборки двигателя с абсолютной достоверностью сделать заключение о степени износа стенок цилиндров, величине нагара, степени повреждения днищ поршней или поверхности клапанов. С помощью эндоскопа можно обнаружить наличие локальной выработки в виде вертикальной полосы на стенках цилиндров. Подобный дефект установить другими методами невозможно, необходима полная разборка двигателя.

Гибкие эндоскопы применяют в случаях, когда объект имеет сложную геометрию (двигатели внутреннего сгорания). В эндо скопах визуальная и осветительная системы состоят из волоконной оптики, смонтированной внутри гибкой трубки (рис. 5.2, а). Канал для передачи изображения состоит из большого количества волокон 2 толщиной 10 мкм и линзового объектива, который строит изображение исследуемого объекта. Изображение, полученное на противоположном конце кабеля, рассматривается через окуляр или преобразуется в цифровой код. Осветительная система представляет собой светорассеивающую линзу, вклеенную в головку прибора и световолоконный жгут 3 с нерегулярно уложенными волокнами. Конец световолоконного жгута вмонтирован в специальный наконечник, подключенный к осветителю.

Гибкие эндоскопы обычно снабжены управляемым дисталь-иым концом, изгибающимся в одном (диаметром до 6 мм) или в двух (диаметром более 6 мм) плоскостях. Угол изгиба — 90... 180°.