PL202096B1 - Sposób i urządzenie do monitorowania łożysk ślizgowych maszyny z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym, zwłaszcza silnika spalinowego - Google Patents

Abstract

1. Sposób monitorowania lo zysk slizgowych ma- szyny z t lokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym, zw laszcza silnika spalinowego, w którym, w przy- najmniej jednym cylindrze, przemieszczalny t lok jest po laczony z wa lem korbowym za po srednictwem korbowodu, przy czym pr ad termoelektryczny, po- wstaj acy wskutek gradientu temperatury zawsze, kiedy zostaje przerwana warstewka smaru mi edzy czesciami lo zyska poruszaj acymi si e wzajemnie i wykonanymi z ró znych materia lów przewodz acych elektrycznie, stosuje si e jako sygna l steruj acy w bloku steruj acym, znamienny tym, ze pr ad termo- elektryczny (I) wzmacnia si e, rozwija i analizuje pod wzgl edem znacz acych symptomów w lo zyskach slizgowych (2a, 10, 11) w ci agu przynajmniej jedne- go cyklu roboczego w funkcji k ata obrotu wa lu kor- bowego (1), przy czym kiedy wyst epuje jaki s znacz a- cy symptom, wyprowadza si e sygna l steruj acy od- powiadaj acy uszkodzeniu konkretnego lo zyska sli- zgowego. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do monitorowania łożysk ślizgowych maszyny z tł okiem o ruchu posuwisto-zwrotnym, zwł aszcza silnika spalinowego.

Sposoby i urządzenia do monitorowania łożysk ślizgowych, zwłaszcza łożysk maszyny z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym znane są z dokumentu EP-B-0 141 348. Opisano tam sposób i urządzenie do monitorowania smarowania w punkcie styku dwóch części, które izolowane są względem siebie nawzajem przez warstewkę smaru, poruszają się względem siebie i są wykonane z różnych materiałów przewodzących elektrycznie, przez monitorowanie łożysk głównych wału korbowego silnika spalinowego. Te dwie części są włączone w obwód elektryczny, który przechodzi przez rzeczywisty punkt smarowania i zawiera źródło napięcia i połączenie elektryczne. Do generowania prądu przez zewnętrzne połączenia elektryczne w obwodzie, wykorzystuje się zmniejszanie się rezystancji obwodu przy przerwaniu warstewki smaru i jednocześnie występowanie w punkcie styku, w wyniku nagrzewania ciernego przy przerwaniu warstewki smaru, siły termoelektrycznej, która jest wykorzystywana w charakterze źródła napięcia galwanicznego, przy spowodowanym brakiem smarowania na dużym obszarze kontakcie metalicznym dwóch części łożyska ślizgowego, wskazującego niebezpieczeństwo uszkodzenia cieplnego, Przy czym przepływający prąd wykorzystuje się w charakterze sygnału sterującego lub sygnału alarmowego. Zamknięcie obwodu ma postać dopasowanego do punktu styku rezystora elektrycznego o dużej powierzchni. Spadek napięcia, który występuje na rezystorze obwodu zewnętrznego mierzy się i wykorzystuje do wyzwalania sygnału sterującego. W tym przypadku przez sygnał sterujący należy rozumieć różne jego postacie. Może on być również wykorzystywany w charakterze sygnału przełączającego do wyzwalania dalszych działań, na przykład zatrzymanie silnika spalinowego lub wyzwolenie urządzenia alarmowego. Sposób i urządzenie są zrealizowane, korzystnie w taki sposób, że w przypadku krótko występujących pików napięcia wyeliminowane jest wyprowadzanie sygnałów sterujących, aż do wystąpienia określonej z góry częstotliwości pików napięciowych w czasie lub wystąpienia tendencji do zwiększania się ich amplitudy.

Podczas równoczesnego monitorowania wielu punktów smarowania, czyli łożysk ślizgowych, które są rozmieszczone we wspólnym bloku fizycznym lub oddzielnie, nie jest możliwe określenie na podstawie prądu termoelektrycznego, z którego z łożysk ślizgowych prąd termoelektryczny bierze początek. W celu zapewnienia identyfikowania takich łożysk ślizgowych konieczne jest zaopatrzenie poszczególnych punktów smarowniczych w dodatkowe środki do monitorowania cieplnego i do pomiaru temperatury panującej w poszczególnych łożyskach, w celu umożliwienia następnie określenia, temperatura którego łożyska osiągnęła wartość wyzwalającą sygnał sterujący. Taki pomiar jest stosunkowo złożony i zwłaszcza nie nadaje się do łożysk ślizgowych, w których nie można umieścić żadnych dodatkowych środków monitorowania termicznego, jak w przypadku na przykład łożysk korbowodu i sworznia tłokowego w tłoku.

Sposób monitorowania łożysk ślizgowych maszyny z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym, zwłaszcza silnika spalinowego, w którym, w przynajmniej jednym cylindrze, przemieszczalny tłok jest połączony z wałem korbowym za pośrednictwem korbowodu, przy czym prąd termoelektryczny, powstający wskutek gradientu temperatury zawsze, kiedy zostaje przerwana warstewka smaru między częściami łożyska poruszającymi się wzajemnie i wykonanymi z różnych materiałów przewodzących elektrycznie, stosuje się jako sygnał sterujący w bloku sterującym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że prąd termoelektryczny wzmacnia się, rozwija i analizuje pod względem znaczących symptomów w łożyskach ślizgowy w ciągu przynajmniej jednego cyklu roboczego w funkcji kąta obrotu wału korbowego, przy czym kiedy występuje jakiś znaczący symptom, wyprowadza się sygnał sterujący odpowiadający uszkodzeniu konkretnego łożyska ślizgowego.

Korzystnym jest, że w charakterze parametru do wyznaczania sygnału sterującego łożyska ślizgowego wybiera się to położenie kątowe, w którym podczas normalnej pracy grubość warstewki smaru jest najmniejsza.

Korzystnym jest, że w charakterze parametru do wyznaczania sygnału sterującego łożyska ślizgowego wybiera się drogę przemieszczenia czopa łożyska.

Korzystnym jest, że w charakterze parametru do wyznaczania sygnału sterującego wybiera się to położenie wału korbowego, w którym odpowiedni tłok znajduje się blisko górnego punktu zwrotnego w fazie sprężania.

Korzystnym jest, że w charakterze parametru do wyznaczania sygnału sterującego wybiera się moment obrotowy lub prędkość obrotową wału korbowego.

PL 202 096 B1

Korzystnym jest, że prąd termoelektryczny lokalizuje się w odniesieniu do sekwencji zapłonu cylindrów w silniku spalinowym.

Urządzenie do monitorowania łożysk ślizgowych maszyny z tłokiem o ruchu posuwistozwrotnym, zwłaszcza silnika spalinowego, które to urządzenie zawiera blok sterowania, który jest dołączalny za pomocą linii z jednej strony do obudowy, a z drugiej strony do wału korbowego maszyny z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym, na którego zaciskach wyjś ciowych występuje sygnał sterujący, kiedy występuje prąd termoelektryczny, według wynalazku charakteryzuje się tym, że blok sterujący jest zaopatrzony w środki wzmacniające, rozwijające prąd termoelektryczny i analizujące go pod względem znaczących symptomów w łożyskach ślizgowych w ciągu przynajmniej jednego cyklu roboczego w funkcji kąta obrotu wału korbowego, przy czym w warunkach występowania znaczącego symptomu, na zaciskach wyjściowych tych środków występuje sygnał sterujący odpowiadający uszkodzeniu konkretnego łożyska ślizgowego.

Korzystnym jest, że z blokiem sterującym połączone są środki do pomiaru położenia punktów zwrotnych tłoka.

Korzystnym jest, że zawiera ono blok przekazujący dla prądu termoelektrycznego, który jest dołączalny do wału korbowego maszyny z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym.

Korzystnym jest, że blok przekazujący ma czujnik wirujący do pomiaru położenia kątowego i prę dkoś ci obrotowej wał u korbowego.

Korzystnym jest, że blok przekazujący ma kolektor z wieloma stykami ślizgowymi rozmieszczonymi na obwodzie i korzystnie, na różnych orbitach, które są sprzęgalne z wałem korbowym, przy czym styki ślizgowe 58 połączone są za pomocą ramion sprężynujących ze stałą częścią obudowy otaczającą obszar pomiaru.

Korzystnym jest, że blok przekazujący ma przynajmniej jeden czujnik przyspieszenia, który jest sprzęgalny z wałem korbowym.

Korzystnym jest, że blok przekazujący ma adapter, który może być dołączalny współosiowo do wału korbowego i który jest połączony za pośrednictwem elastycznego urządzenia sprzęgającego z wałem, który jest umieszczony w stałej obudowie, do której dołączone są linie prowadzące do bloku sterującego.

Korzystnym jest, że elastyczne urządzenie sprzęgające ma dwa wydrążone cylindry, które są rozmieszczone współosiowo jeden nad drugim i z których każdy ma kilka obwodowych szczelin, które biegną po całym obwodzie, z wyjątkiem mostka połączeniowego, przy czym mostki połączeniowe w sąsiedztwie szczelin obwodowych, są przesunięte o 180°, ponadto, mostki połączeniowe tych dwóch wydrążonych cylindrów są przesunięte względem siebie nawzajem o 9°, a obydwa wydrążone cylindry są połączone końcami, jeden z drugim, i koniec drugiego jest połączony z adapterem i z wałem.

Zgodnie z wynalazkiem opracowano sposób i urządzenie do monitorowania łożysk ślizgowych maszyny z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym, zwłaszcza silnika spalinowego.

Bardzo szczegółową informację o stanie łożyska, a jednocześnie o wszelkich uszkodzeniach, otrzymuje się korzystnie przez elektroniczne wzmocnienie i rozłożenie otrzymanego przebiegu prądu termoelektrycznego oraz przedstawienie go w funkcji kątowego położenia wału korbowego i wyszukanie na otrzymanej krzywej znaczących symptomów dotyczących łożysk ślizgowych w ciągu całego cyklu roboczego. Korzystnie taka analiza krzywej prądu termoelektrycznego odbywa się za pomocą programu obliczeniowego, który może być generowany, na przykład, metodą kolejnych prób. Sposób i urządzenie zapewniają również środki monitorowania, w których, korzystnie, wyeliminowane są fałszywe alarmy, ponieważ przy zadowalającym stanie łożysk ślizgowych nie powstaje prąd termoelektryczny, a zatem i sygnał sterujący.

Jeżeli nie powstaje żaden prąd termoelektryczny, to oznacza zadowalający stan ogólny łożysk. Stała krzywa prądu termoelektrycznego o niskim poziomie wskazuje na nieniszczące tarcie mieszane. Odchylenia krzywej, występujące krótko i znikające, mogą wskazywać na uszkodzenia przejściowe (gorące miejsca), jak na przykład na wykruszenie cząstek panewek łożyskowych, które jednak mogą podlegać samonaprawianiu w wyniku stapiania się wykruszonych cząstek. Jeżeli natomiast występują stale indywidualne wysokie odchylenia krzywej, to stanowi to wskazówkę uszkodzenia łożyska ślizgowego, którego położenie można określić, na przykład, przez porównanie z położeniem kątowym, w którym występuje odchylenie krzywej lub kształtu krzywej. Niektóre zmiany kształtu krzywej podczas zmiany obciążenia lub przy wahaniach prędkości obrotowej lub obciążenia, również wskazują na konkretne symptomy w łożyskach ślizgowych. Na przykład, wzrost krzywej podstawowej przy stosunkowo dużej prędkości obrotowej, a zwłaszcza przy stosunkowo dużej mocy oddawanej,

PL 202 096 B1 może stanowić sygnał zwiększenia się tarcia mieszanego, które można przypisać złej jakości warstewki smaru, czyli inaczej mówiąc nieodpowiedniemu smarowi lub przeciążeniu maszyny. To ostatnie stanowi problem zwłaszcza, kiedy te objawy występują już poniżej wyznaczonej wartości ciągłej mocy oddawanej.

Sposób nadaje się do zastosowania we wszystkich maszynach z tłokami o ruchu posuwisto-zwrotnym, w których cykl mocy, a zatem również cykl i profil obciążenia łożyska podczas cyklu roboczego nie są stałe. Takimi maszynami z tłokami o ruchu posuwisto-zwrotnym są na przykład pompy tłokowe, jak również zwłaszcza silniki spalinowe, które pracują z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym w cylindrze. Maszyny z tłokami o ruchu posuwisto-zwrotnym mogą mieć jeden lub wiele cylindrów i działają zgodnie z dwusuwowym cyklem roboczym (co odpowiada jednemu obrotowi wału korbowego, to znaczy kątowi obrotu wynoszącemu 360°) lub z czterosuwowym cyklem roboczym (odpowiadającym dwom obrotom wału korbowego, to znaczy kątowi obrotu wynoszącemu 720°). Odnosi się to do silników spalinowych, niezależnie od stosowanego paliwa, którym może być na przykład paliwo dieslowskie czyli olej napędowy, benzyna, gaz i tym podobne.

Dla zanalizowania krzywej prądu termoelektrycznego, można wykorzystywać liczne parametry, które zapewniają bardziej precyzyjną lub dodatkową informację.

Położenie kątowe, w którym grubość warstewki smaru jest minimalna podczas normalnego działania łożyska ślizgowego, jest dobrane jako parametr dla wyznaczenia położenia łożyska ślizgowego. W tym punkcie jest również minimalna rezystancja objętościowa warstewki smaru i może odpowiadać przewodności galwanicznej, tak, że w tym położeniu kątowym jest możliwe wykrycie prądu termoelektrycznego. Poza tym, prawdopodobieństwo, że tam uszkodzenie łożyska może wystąpić najwcześniej, jest największe. Odpowiednim do tego, parametrem jest droga przemieszczenia czopa łożyskowego w łożysku ślizgowym.

W szczególności do wyznaczania tego położenia są odpowiednie również położenia odpowiadające punktom zwrotnym lub fazie spalania. Dodatkowymi parametrami może być również moment obrotowy lub prędkość obrotowa. W przypadku silników spalinowych ważnym parametrem jest również sekwencja zapłonowa.

W celu zanalizowania wyznaczonych danych, celowe jest dobranie bloku steruj ą cego, do którego dołączone są środki pomiaru kąta obrotu wału korbowego. Do bloku sterującego dołączone są również środki do pomiaru położenia punktu zwrotnego każdego tłoka.

Jeżeli urządzenie jest wyposażone w zespół przenoszący dla prądu termoelektrycznego i zawiera czujnik obrotowy do pomiaru położenia kątowego i prędkości obrotowej wału korbowego. W celu umożliwienia przetransmitowania prądu termoelektrycznego przy możliwie niewielkich zakłóceniach i możliwie małej impedancji, zespół przenoszący jest zaopatrzony w kolektor z wieloma stykami ślizgowymi, rozmieszczonymi na obwodzie orbit obiegowych. Możliwości oceny można rozszerzyć za pomocą czujnika przyspieszenia. Aby powodujące przerwy oscylacje wału korbowego nie miały niekorzystnego wpływu na transmisję, korzystne jest, jeśli urządzenie jest zrealizowane z elastycznym urządzeniem sprzęgającym.

Nowoczesne silniki spalinowe zaopatrzone są już w bloki sterujące, w których przetwarzane są dane robocze, jak na przykład wartości prędkości obrotowej, czas zapłonu i tym podobne, tak że te bloki sterujące mogą być łączone z blokiem sterującym do monitorowania łożysk ślizgowych.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na który fig. 1 przedstawia układ trzycylindrowego silnika spalinowego w przekroju pionowym, fig. 2 - w przekroju pionowym, w powiększeniu, łożysko główne korbowodu silnika spalinowego z fig. 1, fig. 3 schemat przebiegu przewodzenia przez strukturę złożoną z cylindra, sworznia tłokowego, łożyska korbowodu i łożyska głównego, w funkcji kąta obrotu wału korbowego, fig. 4 - wykres występowania prądu termoelektrycznego w różnych łożyskach ślizgowych silnika spalinowego z fig. 1, w funkcji kąta obrotu wału korbowego, fig. 5 - wykres przemieszczenia czopa w przypadku łożyska korbowodu, we współrzędnych biegunowych, fig. 6 - przekrój podłużny zainstalowanego na wale korbowym zespołu przenoszącego, częściowo w przekroju, fig. 7 - szczegół elastycznego urządzenia sprzęgającego, a fig. 8 przedstawia kolektor zespołu przenoszącego w widoku z boku względem osi wału.

Podstawą niniejszego wynalazku jest stan techniki według opisu EP-B-0 141 348.

Na fig. 1 przedstawiono układ tłoka o ruchu posuwisto-zwrotnym silnika spalinowego, który ma na przykład trzy cylindry i działa zgodnie z zasadą pracy silnika czterosuwowego, tak że inaczej mówiąc cały cykl roboczy przebiega w ciągu dwóch obrotów wału korbowego, czyli kąta obrotu wynoszącego 720°. Silnik spalinowy zawiera wał korbowy 1 zespołu korbowego dla trzech cylindrów Z1, Z2, Z3. Zespół

PL 202 096 B1 korbowy jest osadzony w łożyskach ślizgowych, które nazywane są łożyskami głównymi 2, w których w każ dym przypadku czopy ł o ż yskowe 2a spoczywają w osł onach ł o ż yskowych 3, co w przejrzysty sposób widać zwłaszcza na fig. 2. W celu osiągnięcia dobrych właściwości ślizgowych, osłony łożyskowe 3 są wyłożone po stronie wewnętrznej, stykającej się z czopem łożyskowym 2a, na przykład warstwą 4 białego metalu, a warstewka 5 smaru, która znajduje się między tą warstwą 4 białego metalu a czopem łożyskowym 2a zapobiega nagrzewaniu się łożysk ślizgowych podczas ruchu. Panwie łożyskowe 3 podparte są blokami łożyskowymi 6, które są integralne ze wspólną obudową 7.

Wał korbowy 1 zawiera, w przypadku każdego cylindra Z1, Z2, Z3, czop łożyskowy 8, który z korbowodem 9 połączony jest za pośrednictwem łożyska 10 korbowodu. Za pośrednictwem następnego łożyska ślizgowego 11 korbowód 9 jest połączony ze sworzniem tłokowym 12 tłoka 13, który jest prowadzony w górę i w dół w cylindrze Z1 lub Z2 lub Z3. Łożysko 10 korbowodu i łożysko ślizgowe 11 sworznia tłokowego mają tę samą konstrukcję, co łożysko główne 2 wału korbowego 1.

W celu z kolei mierzenia prądu termoelektrycznego generowanego przez dowolne ło ż ysko główne z powodu przerwania warstewki smaru, wynikającego stąd nagrzewania i na koniec stykania się pary różnych metali w łożysku ślizgowym, silnik spalinowy jest wyposażony w blok sterujący 14, który zawiera urządzenie wyświetlające 15. Blok sterujący 14 jest połączony elektrycznie za pośrednictwem linii połączeniowej 16 z obudową 7, a jednocześnie z wałem korbowym 1 za pośrednictwem linii połączeniowej 17 i kolektora 18. Równolegle do bloku sterującego 14, linie połączeniowe 16, 17 są zwierane za pośrednictwem niskoimpedancyjnego rezystora 19. W wyniku działania termoelektrycznej siły elektromotorycznej, która jest galwanicznie generowana w łożysku ślizgowym, prąd termoelektryczny I przepływa przez obwód niskoimpedancyjny 16, 17, 18, 19 i powoduje spadek napięcia U na rezystorze 19. Ten sygnał jest przetwarzany w bloku sterującym 14 i podawany jest do urządzenia wyświetlającego 15.

Blok sterujący 14 jest wyposażony w środki 20 pomiaru kąta obrotu wału korbowego 1. W tym celu środki te 20 mają, na przykład, tarczę impulsową 21, która jest połączona z wałem korbowym 1, i której sygnały uzależnione od kąta, na przykład kody paskowe rozmieszczone na obwodzie, są odczytywane przez czujnik 22, i są podawane za pośrednictwem linii 23 do bloku sterującego 14. Ponadto, blok sterujący 14 jest wyposażony w środek 24, który wyznacza sekwencję zapłonową w cylindrach Z1, Z2, Z3. W tym celu na przykład wykorzystuje się linię 25, która jest połączona z rozdzielaczem zapłonowym 26, który za pośrednictwem kabli zapłonowych 27 podaje prąd zapłonu do poszczególnych świec zapłonowych 28. Środki 20 do pomiaru kąta obrotu lub środki 24 do wyznaczania sekwencji zapłonowej można również otrzymać za pomocą elektronicznego urządzenia sterującego silnika spalinowego, zwłaszcza, jeżeli silnik spalinowy jest silnikiem bez świec zapłonowych, lecz zamiast tego jest wyposażony w układ wtrysku paliwa.

Podczas czterosuwowego cyklu roboczego złożonego z suwu ssania T1, suwu sprężania T2, suwu pracy T3 i suwu wydechu T4, w łańcuchu roboczym cylindra Z, który obejmuje tuleję cylindrową (nie przedstawioną dokładniej) zainstalowaną we wspólnej obudowie 7, tłok 13, sworzeń tłokowy 12, korbowód 9, łożysko korbowodu 10 i wał korbowy 1, ustala się stan roboczy, w którym rezystancja przejścia w punktach ślizgowych jest mała ze względu na cienką warstewkę smaru, która inaczej mówiąc jest faktycznie przewodząca galwanicznie, a zatem ścianka cylindra ma połączenia pośrednie z wał em korbowym. Ta mał a impedancja, czyli przewodność galwaniczna, wystę puje w drugim suwie, w którym wystę puje kompresja, w pobliż u górnego punktu zwrotnego OT korzystnie, bezpoś rednio przed górnym punktem zwrotnym OT, gdzie zachodzi również proces zapłonu, co przedstawiono za pośrednictwem wykresu na fig. 3. Jest to możliwe, ponieważ przynajmniej jeden pierścień tłokowy cylindra (dokładniej nie przedstawiony) w pobliżu górnego punktu zwrotnego w zasadzie się nie porusza, a zatem nie zachodzi smarowanie dynamiczne. Pierścień tłokowy w tym przypadku, wnika w warstewkę smaru i opiera się o ścianę cylindra. To oparcie się pierś cienia tł okowego jest nasilane procesem spalania, podczas którego gazy spalinowe przechodzą poza pierścień tłokowy, tak że działa nań, spowodowana ciśnieniem gazów spalinowych, siła działająca z jednej strony na zewnątrz w stronę ściany cylindra, a z drugiej strony, na spodnią stronę pierścieniowego rowka w tłoku. Zakłada się również, że w wyniku faktu, że prędkość względna jest niewielka lub, kiedy kierunek ruchu ulega odwróceniu, nie może powstać ciągła podtrzymująca dynamiczna warstewka smaru w łożysku ślizgowym 11 sworznia tłokowego 12, tak że również tutaj wartość impedancja jest niska i stała, czyli inaczej mówiąc, występuje stałe przewodzenie.

Przerwanie warstewki smaru, przy występowaniu wskutek tego tarcia suchego, prowadzi do ciernego nagrzewania i powoduje wzrost galwanicznego prądu termoelektrycznego, kiedy występują

PL 202 096 B1 pary różnych materiałów, może występować z największym prawdopodobieństwem w tych punktach, w których warstewka smaru jest cienka. Wykres na fig. 3 przedstawia siłę termoelektryczną U takiego prądu termoelektrycznego I w przypadku połączenia w łożysku korbowodu 10, kiedy następuje przerwanie warstewki smaru i występuje tarcie suche. Wtedy ten prąd termoelektryczny może popłynąć i pojawić się we wspomnianym powyżej położ eniu połączenia przejściowego.

Z reguły wskutek tarcia mieszanego w łoż yskach ślizgowych, zawsze w pewnym stopniu generowany jest niewielki galwaniczny prąd termoelektryczny, dający przebieg podstawowy o niewielkiej wartości. Natomiast, jeżeli w wyniku uszkodzenia łożysk w tym łańcuchu napędowym powstaje duży prąd termoelektryczny, to będzie on widoczny w tej konkretnej fazie cyklu roboczego jako nagłe duże odchylenie krzywej. Znaczy to, że prąd termoelektryczny w tej fazie cyklu roboczego wskazuje na przerwanie warstewki smaru w łożysku ślizgowym, które może doprowadzić do uszkodzenia w tym łańcuchu napędowym. Uszkodzenie w tym przypadku mogłoby oczywiście wystąpić w którymkolwiek łożysku ślizgowym tego łańcucha napędowego, lecz występuje przede wszystkim na łożysku 10 korbowodu, jeżeli w odpowiedniej fazie cyklu roboczego odchylenie pojawia się we wspomnianej powyżej konkretnej fazie cyklu roboczego. W tej fazie zawsze występuje przewodzenie między ścianą cylindra a tł okiem, z jednej strony, a sworzniem tł okowym z drugiej, z powodu wspomnianej powyż ej mał ej impedancji i skojarzonej z nią ciągłości połączenia. W odróżnieniu od tego, z powodu stałej dużej szybkości podczas normalnej pracy, w łożysku korbowodu występuje dynamiczna warstewka smarująca, która stanowi dużą rezystancję w obwodzie przewodzenia, czyli inaczej mówiąc stanowi przerwę, i tylko wtedy, kiedy wystę puje uszkodzenie staje się niskoimpedancyjna, a jednocze ś nie dostarcza ciągłego prądu termoelektrycznego, kiedy wystąpiło przynajmniej częściowe zniszczenie warstewki smarującej, w połączeniu z nagrzewaniem i przy obecności różnych materiałów łożyskowych, których prąd termoelektryczny daje w przybliżeniu odchylenie równe wielkością omówionemu powyżej, jednakże tylko górnego punktu zwrotnego, to znaczy w obszarze położenia zapewniającego kontakt pośredni.

Dla przykładu, w przypadku łożysk głównych 2 wału korbowego 1 pojawiają się następujące aspekty. Czopy łożyskowe 2a dociskane są do dolnej części panwi 3 łożyska podczas większej części cyklu roboczego, w wyniku czego, w przypadku uszkodzenia występującego podczas dociskania, powstaje galwaniczny prąd termoelektryczny, który płynie, lecz jest przerywany przy unoszeniu się czopu łożyskowego z dolnej części panwi łożyska, lub przynajmniej zmniejszane są obciążenia, kiedy siła tłoka 13 jest skierowana w górę. Takie odwrócenie siły zachodzi w fazie ssania i prowadzi do zdjęcia części obciążenia z dolnej części panwi łożyska głównego, a zatem do przerwania prądu termoelektrycznego. Ponieważ ta krótka przerwa prądu termoelektrycznego dla każdego łożyska występuje w konkretnym położeniu kątowym, to ogólnie biorąc ta przerwa może być wykorzystywana do wskazania na uszkodzenie łożyska głównego w charakterze parametru dla konkretnego łożyska, kiedy występuje on w konkretnym położeniu kątowym.

Na fig. 4 z kolei przedstawiono profil SEM dla omawianego trzycylindrowego silnika spalinowego w przypadku, kiedy uszkodzenie występuje w różnych cylindrach lub łożyskach korbowodów. Z powodu różnic w długoś ci interwału między zapłonami, zależnie od konstrukcji i liczby cylindrów silnika spalinowego, który w niniejszym przypadku wynosi 240°, wykresy siły termoelektrycznej, które są miarodajne dla poszczególnych cylindrów, są również rozsunięte co 240°, tak że przy znanej sekwencji zapłonowej (w tym przypadku 1-3-2) i z pomocą urządzenia wyświetlającego możliwe jest dokładne ustalenie, w którym cylindrze lub w którym łożysku korbowodu powstaje prąd termoelektryczny będący wskaźnikiem przerwy w warstewce smaru i zaczątku uszkodzenia odpowiedniego łożyska ślizgowego.

Na fig. 5 przedstawiono następny możliwy sposób wyznaczania prądu termoelektrycznego w konkretnym łożysku korbowodu. Parametrem wykorzystywanym do tego jest grubość h warstwy smaru, która ustala się w konkretnym stanie roboczym, i która jest wynikiem przemieszczania się czopa łożyska korbowodu podczas pracy. Rzeczywiście, staje się oczywiste, że siły w łożysku zmieniają się w sposób ciągły co do kierunku i wartości, wskutek działania sił gazu i sił bezwładności, jak również zmiany stanu obciążenia. Na fig. 5 przedstawiono drogę tego przemieszczenia aktualnego toru i wynikową grubość h smaru w ł o ż ysku korbowodu, w postaci wykresu biegunowego dla jednego cyklu roboczego silnika spalinowego czterosuwowego w funkcji kąta obrotu wału korbowego. Z powodu okresowości profilu tego cyklu roboczego, otrzymuje się krzywą ciągłą, na której położenie korby w każdym przypadku podane jest w stopniach. W wyniku tego, powstaje tor środkowego punktu czopa, zwany torem przemieszczania się czopa, który obiegany jest jednokrotnie w ciągu każdego cyklu

PL 202 096 B1 roboczego. Czop zmienia swoje położenie nie tylko w kierunku obwodowym, lecz również w kierunku promieniowym. Przemieszczanie się czopa w stronę powierzchni stykowej łożyska powoduje, że smar zostaje wyparty ze szczeliny h, która w tym procesie staje się węższa. Jeżeli szczelina już jest niewielka, to rezystancja warstewki smaru jest zmniejszona i to położenie kątowe jest odpowiednie do przyjęcia za parametr przy przyporządkowaniu powstającego fluktuującego prądu termoelektrycznego do odpowiedniego łożyska korbowodu jest. Analogiczne warunki powstają w przypadku łożyska głównego, lecz z odwróconym obciążeniem łożyska, czyli o ile w przypadku łożyska głównego, jak wspomniano powyżej, główne obciążenie występuje na dolnej części panwi, to w przypadku łożyska korbowodu główne obciążenie występuje na górnej części panwi łożyska.

Na figurach 6 do 8 przedstawiono zespół przekazujący 30, który jest instalowany na wale korbowym w sposób umożliwiający jego odłączenie, i który zawiera kolektor 18 do przekazywania prądu termoelektrycznego, oraz środki 20, 20a do wyznaczania kąta obrotu. W szczególności zespół przekazujący 30 jest skonstruowany w sposób następujący:

Zespół przekazujący zawiera adapter 31, który jest przykręcony do wału korbowego 1 za pomocą wkręta 32, przy czym część stożkowa 33 na adapterze 31 współdziała z odpowiednim stożkowym wgłębieniem 34 na wale, służące do wstępnego centrowania. Adapter ma, po stronie przeciwnej względem wału korbowego 1, dodatkową część stożkową 35, w której osadzony jest kołnierz centrujący 36, przy czym kołnierz centrujący 36 jest przykręcony za pomocą wkręta centralnego 37 do wkręta 32 mocującego adapter 31 do wału korbowego 1. Kołnierz centrujący 36 zaopatrzony jest, po stronie przeciwnej do strony mocowania, w wydrążony cylinder 38, który jest dołączony do zewnętrznej strony pierwszej stałej części osłaniającej 40 za pośrednictwem łożyska 39. Łożysko 39 jest oddzielone od adaptera 31 za pomocą pierścienia uszczelniającego 41. Po stronie przeciwnej, do łożyska 39 przyłączony jest czujnik przyspieszenia 42, nie przedstawiony bardziej szczegółowo lecz znany, przy czym czujnik przyspieszenia 42 składa się na przykład z trzech oddzielnych czujników przyspieszenia, które mogą wykrywać przyspieszenia we wszystkich trzech osiach. W wnętrzu wydrążonego cylindra umieszczone jest elastyczne urządzenie sprzęgające 43, które stanowi połączenie napędowe między wydrążonym cylindrem 38 i wałem 44, korzystnie wydrążonym.

Elastyczne urządzenie sprzęgające 43 ma dwa wydrążone cylindry 45, 46, które są umieszczone współosiowo jeden na drugim, i z których każdy ma kilka obwodowych szczelin 49, 50, biegnącymi po całym obwodzie, z wyjątkiem mostka połączeniowego 47, 48. Mostki połączeniowe 47, 48 w sąsiedztwie szczelin obwodowych 49, 50 tego samego wydrążonego cylindra 45, 46, są przesunięte o 180°. Ponadto, mostki połączeniowe 47, 48 tych dwóch wydrążonych cylindrów 45, 46 są przesunięte względem siebie nawzajem o 90°. Zapewnia to odseparowanie nieregularności biegu wału korbowego 1 od wału 44.

Wał 44, który jest wykonany jako wydrążony, jest zainstalowany w dwóch łożyskach 51, 52 w drugiej stałej części 53 oprawy, która jest podparta w obsadzie 54. Obsada 54 zawiera rurę wsporczą 55, która może być przymocowana za pośrednictwem kołnierzy mocujących 56 z odpowiednim elementem, na przykład obudową silnika. Część 53 obudowy jest wsparta na wewnętrznej stronie rury ochronnej 55 za pośrednictwem gumowego pierścienia 57.

Na wale 44 osadzony jest, z jednej strony element 20 do wyznaczania kąta obrotu tarczy przyrostowej 21, której szereg pasków (nie przedstawionych dokładniej) rozmieszczonych na obwodzie jest wykrywanych czujnikiem 22. W niniejszym przypadku stosuje się, korzystnie, drugi element 20a do wyznaczania kąta obrotu, przy czym ten drugi element jest przestawiony o 90° względem pierwszego elementu. Ten drugi element jest stosowany, z jednej strony, dla bezpieczeństwa, a drugiej w celu kompensowania fluktuacji ruchu obrotowego wał u.

Na wale jest osadzony również kolektor 18, który ma szereg styków ślizgowych 58 rozmieszczonych na obwodzie, przy czym każdy ze styków ślizgowych 58 jest połączony ze stałą częścią 53 oprawy za pomocą sprężynującego ramienia 59. Korzystne jest stosowanie ośmiu styków ślizgowych, które są rozmieszczone wokół obwodu na różnych orbitach 60, przy czym korzystne jest w przypadku współdziałania dwóch styków ślizgowych umieszczenie ich na tej samej orbicie 60 z wzajemnym przestawieniem o 180°. Ta konstrukcja kolektora ma zapewniać możliwie dokładne odprowadzanie prądu termoelektrycznego, przy możliwie małej przerwie czyli rezystancji, i kompensowanie wszelkich niedokładności ruchu wału 44.

Stałe części 40 i 53 oprawy są ukształtowane przez rurę osłaniającą 61, zaopatrzoną na dużej części swojej długości w obwodowe szczeliny 62, które są skonstruowane tak samo, jak szczeliny obwodowe 49, 50 w wydrążonych cylindrach 45, 46, tak że ruch ze skrzywieniem, czyli inaczej mó8

PL 202 096 B1 wiąc, można przy tym skompensować również oscylacje wału korbowego. Rura osłaniająca 61 jest zaopatrzona w elastyczną powłokę 63.

Przewody (nie pokazane bardziej szczegółowo) poszczególnych czujników są dołączone do linii połączeniowych 17, 23 zespołu sterującego 14 w części połączeniowej 64.

Claims (14)

1. Sposób monitorowania łożysk ślizgowych maszyny z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym, zwłaszcza silnika spalinowego, w którym, w przynajmniej jednym cylindrze, przemieszczalny tłok jest połączony z wałem korbowym za pośrednictwem korbowodu, przy czym prąd termoelektryczny, powstający wskutek gradientu temperatury zawsze, kiedy zostaje przerwana warstewka smaru między częściami łożyska poruszającymi się wzajemnie i wykonanymi z różnych materiałów przewodzących elektrycznie, stosuje się jako sygnał sterujący w bloku sterującym, znamienny tym, że prąd termoelektryczny (I) wzmacnia się, rozwija i analizuje pod względem znaczących symptomów w łożyskach ślizgowych (2a, 10, 11) w ciągu przynajmniej jednego cyklu roboczego w funkcji kąta obrotu wału korbowego (1), przy czym kiedy występuje jakiś znaczący symptom, wyprowadza się sygnał sterujący odpowiadający uszkodzeniu konkretnego łożyska ślizgowego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w charakterze parametru do wyznaczania sygnału sterującego łożyska ślizgowego wybiera się to położenie kątowe, w którym podczas normalnej pracy grubość warstewki smaru jest najmniejsza.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że w charakterze parametru do wyznaczania sygnału sterującego łożyska ślizgowego wybiera się drogę przemieszczenia czopa łożyska.

4. Sposób według jednego z zastrz. 3, znamienny tym, że w charakterze parametru do wyznaczania sygnału sterującego wybiera się to położenie wału korbowego (1), w którym odpowiedni tłok (13) znajduje się blisko górnego punktu zwrotnego (OT) w fazie sprężania.

5. Sposób według jednego z zastrz. 4, znamienny tym, że w charakterze parametru do wyznaczania sygnału sterującego wybiera się moment obrotowy lub prędkość obrotową wału korbowego (1).

6. Sposób według jednego z zastrz. 1, znamienny tym, że prąd termoelektryczny (I) lokalizuje się w odniesieniu do sekwencji zapłonu cylindrów (Z1, Z2, Z3) w silniku spalinowym.

7. Urządzenie do monitorowania łożysk ślizgowych maszyny z tłokiem o ruchu posuwistozwrotnym, zwłaszcza silnika spalinowego, które to urządzenie zawiera blok sterowania, który jest dołączalny za pomocą linii z jednej strony do obudowy, a z drugiej strony do wału korbowego maszyny z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym, na którego zaciskach wyjś ciowych występuje sygnał sterujący, kiedy występuje prąd termoelektryczny, znamienne tym, że blok sterujący (14) jest zaopatrzony w środki wzmacniające, rozwijające prąd termoelektryczny (I) i analizujące go pod względem znaczących symptomów w łożyskach ślizgowych (2a, 10, 11) w ciągu przynajmniej jednego cyklu roboczego w funkcji ką ta obrotu wał u korbowego (1), przy czym w warunkach wystę powania znaczą cego symptomu, na zaciskach wyjściowych tych środków występuje sygnał sterujący odpowiadający uszkodzeniu konkretnego łożyska ślizgowego.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że z blokiem sterującym (14) połączone są środki do pomiaru położenia punktów zwrotnych tłoka (13).

9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że zawiera ono blok przekazujący (30) dla prądu termoelektrycznego (I), który jest dołączalny do wału korbowego (1) maszyny z tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym.

10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że blok przekazujący (30) ma czujnik wirujący do pomiaru położenia kątowego i prędkości obrotowej wału korbowego (1).

11. Urządzenie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że blok przekazujący (30) ma kolektor (18) z wieloma stykami ślizgowymi (58) rozmieszczonymi na obwodzie i korzystnie, na różnych orbitach (60), które są sprzęgalne z wałem korbowym (1), przy czym styki ślizgowe 58 połączone są za pomocą ramion sprężynujących (59) ze stałą częścią obudowy (53) otaczającą obszar pomiaru.

12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że blok przekazujący (30) ma przynajmniej jeden czujnik (42) przyspieszenia, który jest sprzęgalny z wałem korbowym (1).

13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że blok przekazujący (30) ma adapter, który może być dołączalny współosiowo do wału korbowego (1) i który jest połączony za pośrednictwem

PL 202 096 B1 elastycznego urządzenia sprzęgającego (43) z wałem (44), który jest umieszczony w stałej obudowie (53), do której dołączone są linie prowadzące do bloku sterującego (14).

14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienny tym, że elastyczne urządzenie sprzęgające (43) ma dwa wydrążone cylindry (45, 46), które są rozmieszczone współosiowo jeden nad drugim i z których każdy ma kilka obwodowych szczelin (49, 50), które biegną po całym obwodzie, z wyjątkiem mostka połączeniowego (47, 48), przy czym mostki połączeniowe (47, 48) w sąsiedztwie szczelin obwodowych (49, 50), są przesunięte o 180°, ponadto, mostki połączeniowe (47, 48) tych dwóch wydrążonych cylindrów (45, 46) są przesunięte względem siebie nawzajem o 90°, a obydwa wydrążone cylindry (45, 46) są połączone końcami, jeden z drugim, i koniec drugiego jest połączony z adapterem