RU2230975C2 - Способ и устройство для контроля подшипников скольжения поршневой машины, прежде всего двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Поршневая машина, прежде всего двигатель внутреннего сгорания, имеет по меньшей мере один цилиндр с перемещаемым в нем поршнем, который шатуном соединен с коленчатым валом. Каждый раз при разрыве масляной пленки между перемещающимися друг относительно друга частями подшипника, выполненными из различных электропроводных материалов, возникает термоток, обусловленный температурным градиентом в подобном подшипнике скольжения. Этот термоток (I) используется в блоке управления в качестве управляющего сигнала. Для различения отдельных подшипников скольжения и/или состояний этих подшипников характеристику возникающего термотока (I) путем ее усиления и растяжения соотносят с угловым положением коленчатого вала и полученную в результате характеристику анализируют путем считывания информации за полный рабочий цикл машины на возможное наличие соответствующих симптомов, указывающих на отклонения в работе подшипников скольжения. Изобретение позволяет использовать его в машинах, в которых распределение нагрузки и тем самым люфта подшипников и изменение нагрузки за рабочий цикл не являются постоянными. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к способу контроля подшипников скольжения поршневой машины, прежде всего двигателя внутреннего сгорания (ДВС), в которой перемещающийся по меньшей мере в одном цилиндре поршень соединен шатуном с коленчатым валом, при этом термоток, возникающий каждый раз при разрыве масляной пленки между перемещающимися друг относительно друга деталями или частями подшипника скольжения, выполненными из различных электропроводных материалов, вследствие температурного градиента в подобном подшипнике скольжения, используют в блоке управления в качестве управляющего сигнала. Изобретение относится также к соответствующему устройству для осуществления этого способа, имеющему блок управления, соединяемый электропроводными линиями, с одной стороны, с корпусом, а с другой стороны, с коленчатым валом поршневой машины и выдающий при возникновении термотока управляющий сигнал.

Способы и устройства для контроля подшипников скольжения прежде всего поршневых машин, таких как ДВС, известны из заявки ЕР-В 0141348. В этой публикации на примере контроля коренных подшипников коленчатого вала ДВС рассмотрены способ и устройство для контроля наличия смазки в месте контакта двух отделенных друг от друга масляной пленкой и перемещающихся друг относительно друга деталей, выполненных из различных электропроводных материалов. Обе этих детали входят в проходящую через само место смазывания электрическую цепь, которая имеет источник напряжения и внешнее соединение. Разрыв масляной пленки сопровождается, с одной стороны, уменьшением сопротивления электрической цепи, а с другой стороны, возникновением в месте контакта деталей в результате выделяющегося при трении тепла термоэдс, являющейся гальваническим источником напряжения, и поэтому при непосредственном контакте по большой площади обеих металлических частей подшипника скольжения из-за недостатка смазки, что чревато повреждением подшипника от перегрева, через внешнее электрическое соединение электрической цепи начинает протекать электрический ток, служащий в качестве управляющего, соответственно аварийного сигнала. Это соединение электрической цепи выполнено в виде сопротивления, соответственно резистора, электрически согласованного с имеющим большую площадь местом контакта деталей. Падение напряжения, возникающее на этом сопротивлении внешнего соединения, измеряют и используют для подачи управляющего сигнала. Понятие "управляющий сигнал" следует трактовать в данном контексте в наиболее широком смысле, при этом такой сигнал может служить также сигналом переключения, по которому инициируется выполнение определенных действий, например остановка ДВС или срабатывание устройства аварийной сигнализации. Целесообразно, чтобы описанные в указанной публикации способ и устройство обеспечивали в случае кратковременно возникающих пиков напряжения подавление подачи управляющего сигнала до тех пор, пока повторяемость этих пиков напряжения во времени не достигнет заданной величины и/или пока не проявится тенденция к нарастанию их амплитуды.

При одновременном контроле нескольких расположенных в одном общем агрегате или отдельно расположенных мест смазывания, соответственно подшипников скольжения на основании термотока не представляется возможным установить, от какого конкретного подшипника скольжения идет этот термоток. Для выявления именно того подшипника скольжения, в работе которого возникли отклонения, в отдельных местах смазывания необходимо предусмотреть дополнительную систему температурного контроля с тем, чтобы путем измерения и сравнения температур отдельных подшипников скольжения можно было определить, температура какого конкретного подшипника достигла уровня, при котором выдается управляющий сигнал. Подобные меры являются сравнительно сложными и дорогостоящими в реализации и не пригодны, в частности, для контроля подшипников скольжения, на которых невозможно установить приемлемую дополнительную систему температурного контроля, например для контроля шатунных подшипников и поршневых пальцев.

В основу настоящего изобретения была положена задача дополнительно усовершенствовать способ и устройство для контроля подшипников скольжения поршневой машины, прежде всего ДВС.

В отношении способа указанного в начале описания типа эта задача решается согласно изобретению благодаря тому, что термоток усиливают, а также растягивают его характеристику и анализируют по меньшей мере за один рабочий цикл машины путем считывания информации в привязке к угловому положению коленчатого вала на наличие симптомов, указывающих на отклонения в работе подшипников скольжения, при этом в случае появления такого симптома выдают управляющий сигнал о наличии повреждения в определенном подшипнике скольжения.

В отношении устройства указанного в начале описания типа задача, положенная в основу изобретения, решается благодаря тому, что блок управления имеет средства для усиления термотока и растягивания его характеристики, а также для анализа этого термотока по меньшей мере за один рабочий цикл машины путем считывания информации в привязке к сигналу углового положения коленчатого вала на наличие симптомов, указывающих на отклонения в работе подшипников скольжения, при этом указанные средства в случае появления такого симптома выдают управляющий сигнал о наличии повреждения в определенном подшипнике скольжения.

Усиление и растягивание, например, с помощью электронных средств, снимаемой характеристики термотока, а также ее соотнесение с угловым положением коленчатого вала и анализ полученной в результате характеристики за весь рабочий цикл ДВС на наличие важных симптомов, указывающих на отклонения в работе подшипников скольжения, позволяют получить подробную информацию, с одной стороны, о состоянии подшипников, а с другой стороны, о месте возможного повреждения. Подобный анализ характеристики термотока предпочтительно осуществлять с помощью вычислительной программы, которую можно разработать, например, на основании полученных опытным путем результатов. Помимо этого преимущество предлагаемых в изобретении способа и устройства состоит в том, что в процессе контроля исключается подача ложных аварийных сигналов, поскольку при исправном состоянии подшипников скольжения не возникает термоток и тем самым не подается управляющий сигнал.

Полное отсутствие термотока указывает на полностью исправное состояние подшипников. Наличие неизменного термотока низкого уровня свидетельствует о наличии полусухого трения, не приводящего к повреждению подшипников. Кратковременные и вновь исчезающие скачкообразные изменения характеристики термотока могут указывать на временные повреждения (наличие участков местного перегрева), такие, например, как выкрашивание части вкладыша подшипника, которые, однако, могут самоустраняться за счет сплавления выкрашившихся частей. Если же в характеристике термотока постоянно наблюдаются отдельные достаточно интенсивные скачкообразные изменения ("всплески"), то это указывает на наличие поврежденного подшипника скольжения, который можно выявить, например, путем сопоставления с угловым положением коленчатого вала, на которое приходится такое скачкообразное изменение характеристики термотока, и/или путем анализа формы этой характеристики. Определенные изменения характеристики термотока, возникающие при изменении нагрузки и/или при различных частотах вращения или нагрузках, также могут свидетельствовать о наличии определенных симптомов, указывающих на отклонения в работе подшипников скольжения. Так, например, возрастание некоторой базовой характеристики термотока при повышении частоты вращения и прежде всего при более высокой мощности может свидетельствовать об увеличении доли полусухого трения, что может быть обусловлено низким качеством масляной пленки, т.е. использованием непригодного смазочного материала, и/или перегрузкой двигателя. Последнее внушает опасения прежде всего в тех случаях, когда указанные симптомы проявляются еще до достижения ДВС заданной наибольшей эффективной мощности, допускаемой при длительной нагрузке.

Предлагаемый в изобретении способ может использоваться применительно ко всем поршневым машинам, в которых распределение нагрузки, а тем самым изменение люфта подшипника и изменение нагрузки за рабочий цикл не являются постоянными. К подобными поршневым машинам относятся главным образом поршневые насосы и прежде всего ДВС, в которых полезная работа совершается за счет перемещения поршня в цилиндре. Поршневые двигатели, в частности, могут иметь один или несколько цилиндров и работать с двухтактным (соответствующим одному полному обороту коленчатого вала, т.е. углу его поворота на 360°) или с четырехтактным (соответствующим двум полным оборотам коленчатого вала, т.е. углу его поворота на 720°) рабочим циклом. Сказанное относится к ДВС любых типов вне зависимости от типа топлива, на котором они работают и которым может быть, например, дизельное топливо, мазут, бензин, газ и т.п.

Для анализа или обработки характеристики термотока дополнительно могут привлекаться также различные уточняющие или дополнительные параметры, как это следует, в частности, из зависимых пунктов формулы изобретения.

Так, например, в качестве позволяющего соотнести термоток с конкретным подшипником скольжения параметра для формирования характеризующего работу подшипника скольжения управляющего сигнала предпочтительно выбирать такое угловое положение коленчатого вала, в котором толщина масляной пленки при нормальной работе подшипника является наименьшей. Таким образом, переходное сопротивление масляной пленки в этом положении также является наименьшим и может соответствовать гальванической проводимости, что позволяет в этом угловом положении коленчатого вала контролировать соответствующую величину термотока. Помимо этого повреждение подшипника с наиболее высокой вероятностью может возникнуть прежде всего именно в этом положении. В соответствии с этим в другом варианте в качестве параметра для формирования характеризующего работу подшипника скольжения управляющего сигнала целесообразно выбирать траекторию перемещения коренной шейки, установленной в подшипнике скольжения.

Для соотнесения величины термотока с конкретным подшипником скольжения могут использоваться, в частности, и такие параметры, как положения коленчатого вала, соответствующие нахождению поршня в мертвых точках, и/или рабочий ход поршня. В соответствии с этим в качестве параметра для формирования управляющего сигнала целесообразно выбирать такое положение коленчатого вала, в котором соответствующий поршень находится на такте сжатия в зоне верхней мертвой точки. Помимо этого в качестве параметра для формирования управляющего сигнала можно использовать крутящий момент и/или частоту вращения коленчатого вала. У двигателя внутреннего сгорания важным параметром является также порядок работы его цилиндров, и поэтому согласно еще одному варианту предлагается соотносить характеристику термотока в ДВС с порядком работы цилиндров.

Для анализа полученных данных целесообразно использовать общий блок управления, с которым соединены средства для определения углового положения коленчатого вала. С учетом этого согласно одному из вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства с блоком управления предпочтительно соединены также средства для определения положений поршня, соответствующих мертвым точкам.

В предлагаемом в изобретении устройстве целесообразно предусмотреть предназначенное для передачи термотока в качестве управляющего сигнала передающее устройство, соединяемое с коленчатым валом поршневой машины. Такое передающее устройство имеет, например, датчик вращения, предназначенный для определения углового положения и частоты вращения коленчатого вала. Обеспечить бесперебойную и низкоомную передачу термотока можно в том случае, когда передающее устройство имеет коллектор с несколькими скользящими контактами, которые равномерно распределены по его окружности и предпочтительно распределены по нескольким кинематически соединяемым с коленчатым валом круговым дорожкам и которые пружинящими лапками соединены с неподвижной корпусной деталью, окружающей контактную зону коллектора. Возможности обработки, соответственно анализа данных можно дополнительно расширить, предусмотрев у передающего устройства по меньшей мере один кинематически соединяемый с коленчатым валом датчик ускорения. С целью исключить отрицательное влияние колебаний или вибраций коленчатого вала на передачу тока передающее устройство целесообразно снабдить соосно соединяемым с коленчатым валом переходником, который гибкой муфтой соединен с валом, установленным в неподвижном корпусе, к которому подсоединены идущие к блоку управления линии передающего устройства. Указанная гибкая муфта предпочтительно имеет два расположенных соосно один в другом полых цилиндра, каждый из которых снабжен несколькими прорезями, проходящими практически по всей окружности этих цилиндров за исключением соединительных перемычек, при этом у одного полого цилиндра каждая соединительная перемычка, соединяющая две соседние проходящие по окружности прорези, смещена по окружности на 180° относительно следующей соединительной перемычки, а соединительные перемычки одного полого цилиндра смещены по окружности относительно соединительных перемычек другого полого цилиндра на 90° и оба этих полых цилиндра на одном конце соединены друг с другом, а на другом конце соединены, с одной стороны, с переходником, а с другой стороны - с валом.

Современные ДВС уже оснащены блоком управления с большим объемом функций, который обрабатывает такие рабочие параметры ДВС, как частота вращения, момент зажигания и иные величины, что позволяет объединить подобный блок управления или использовать его в сочетании с блоком управления, контролирующим подшипники скольжения.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схематичное изображение трехцилиндрового ДВС в вертикальном разрезе,

на фиг.2 - увеличенное изображение в вертикальном разрезе коренного подшипника коленчатого вала ДВС, показанного на фиг.1,

на фиг.3 - диаграмма, иллюстрирующая зависимость прохождения тока через цепь, состоящую из цилиндра, поршневого пальца, шатунного подшипника и коренного подшипника, в зависимости от углового положения коленчатого вала,

на фиг.4 - диаграмма, иллюстрирующая появление термотока в различных подшипниках скольжения ДВС, показанного на фиг.1, в зависимости от углового положения коленчатого вала,

на фиг.5 - диаграмма, иллюстрирующая в полярной системе координат перемещение шатунной шейки,

на фиг.6 - изображение в продольном разрезе соединенного с коленчатым валом передающего устройства для передачи термотока,

на фиг.7 - фрагмент частично изображенной в разрезе гибкой муфты передающего устройства для передачи термотока и

на фиг.8 - коллектор передающего устройства, изображенный в разрезе плоскостью, перпендикулярной оси вала.

Настоящее изобретение основано на решении, описанном в ЕР-В 0141348.

На фиг.1 схематично изображен поршневой ДВС, имеющий, например, три цилиндра и работающий по четырехтактному принципу, т.е. полный рабочий цикл происходит в этом ДВС за два полных оборота коленчатого вала, что соответствует его повороту на угол 720°. ДВС имеет коленчатый вал 1 кривошипно-шатунного механизма, приводимый во вращение поршнями, перемещающимися в трех цилиндрах Z₁, Z₂, Z₃. Коленчатый вал установлен в подшипниках скольжения, так называемых коренных подшипниках 2, во вкладышах 3 которых установлены коренные шейки 2а, как это наглядно показано прежде всего на фиг.2. Для обеспечения высоких антифрикционных свойств вкладыши 3 с их прилегающей к коренным шейкам 2а стороны имеют, например, слой 4 оловянистого антифрикционного сплава, при этом масляная пленка 5, присутствующая между этим слоем 4 оловянистого антифрикционного сплава и коренной шейкой 2а, предотвращает перегрев подшипников. Вкладыши 3 установлены в стойках 6, которые выполнены за одно целое с общим корпусом 7.

Коленчатый вал 1 имеет для каждого цилиндра Z₁, Z₂, Z₃ по шатунной шейке 8, с которыми через шатунные подшипники 10 соединены соответствующие шатуны 9. Каждый из шатунов 9 в свою очередь еще одним подшипником 11 скольжения соединен с поршневым пальцем 12 соответствующего поршня 13, который может совершать прямолинейное возвратно-поступательное движение в соответствующем цилиндре Z₁, Z₂ и Z₃. Конструкция шатунного подшипника 10 и подшипника 11 скольжения поршневого пальца аналогична конструкции коренного подшипника 2 коленчатого вала 1.

Для измерения термотока, возникающего в каком-либо из подшипников скольжения из-за разрыва сплошной масляной пленки, что сопровождается нагревом и в конечном итоге приводит к непосредственному контакту различных металлов, ДВС оснащен блоком 14 управления, имеющим индикаторное или сигнальное устройство 15. Блок 14 управления электрически соединен соединительной линией 16 с корпусом 7, а соединительной линией 17 соединен через коллектор 18 с коленчатым валом 1. Эти соединительные линии 16, 17 замкнуты накоротко включенным параллельно блоку 14 управления низкоомным резистором 19. При возникновении в одном из подшипников скольжения в результате гальванических процессов термоэдс по низкоомной электрической цепи 16, 17, 18, 19 начинает протекать термоток I, приводящий к падению напряжения U на резисторе 19. Этот сигнал обрабатывается блоком 14 управления, и результат этой обработки выдается на индикаторное устройство 15.

Блок 14 управления оснащен средствами 20 для определения угла поворота или углового положения коленчатого вала 1. С этой целью в качестве таких средств 20 может использоваться, например, датчик импульсов вращения с соединенным с коленчатым валом 1 диском 21, имеющим, например, равномерно распределенную по его окружности штриховую маркировку, на основании которой при вращении этого диска формируются зависящие от его углового положения, а тем самым и от углового положения коленчатого вала сигналы, регистрируемые датчиком 22 и поступающие по линии 23 в блок 14 управления. Кроме того, блок 14 управления оснащен средствами 24 для определения порядка работы цилиндров Z₁, Z₂ и Z₃. Для этой цели используется, например, линия 25, соединенная с распределителем 26 зажигания, который в системе зажигания обеспечивает подачу электрического тока к отдельным свечам 28 зажигания по проводам 27 высокого напряжения. Указанные средства 20 для определения углового положения коленчатого вала, соответственно средства 24 для определения порядка работы цилиндров могут быть предусмотрены и для электронного блока управления ДВС, что прежде всего относится к случаю, когда двигателем внутреннего сгорания является дизельный двигатель, который не имеет свечей зажигания, а оснащен соответствующей системой впрыскивания топлива.

Было установлено, что при четырехтактном рабочем цикле ДВС, состоящем из такта впуска T₁, такта сжатия T₂, такта расширения Т₃ и такта выпуска Т₄, в кинематической приводной цепи цилиндра Z, которую образуют подробно не показанная на чертеже встроенная в общий корпус 7 гильза цилиндра, поршень 13, поршневой палец 12, шатун 9, шатунный подшипник 10 и коленчатый вал 1, устанавливается такой режим работы, в котором переходное сопротивление на поверхностях скольжения является из-за небольшой толщины масляной пленки низкоомным, т.е. обладает практически гальванической электропроводностью, что тем самым обеспечивает замыкание цепи от стенки цилиндра до коленчатого вала. Подобная "низкоомность", т.е. гальваническая электропроводность, проявляется, как это наглядно отражено на показанной на фиг.3 кривой, на втором такте, на котором происходит сжатие рабочей смеси, в зоне верхней мертвой точки ВМТ, преимущественно непосредственно перед достижением поршнем верхней мертвой точки ВМТ, в которой происходит также воспламенение горючей смеси. Указанный эффект обусловлен тем, что в верхней мертвой точке по меньшей мере одно не показанное на чертеже поршневое кольцо из-за изменения поршнем направления его движения на обратное остается практически неподвижным относительно стенки цилиндра, и поэтому отсутствуют условия динамической смазки между указанными поршневым кольцом и стенкой цилиндра. При этом поршневое кольцо проходит сквозь слой масляной пленки и непосредственно прилегает к стенке цилиндра. Такое прижатие поршневого кольца к стенке цилиндра дополнительно усиливается в результате сгорания рабочей смеси, поскольку образующиеся при сгорании газы проникают за поршневое кольцо, которое в результате, с одной стороны, отжимается радиально наружу к стенке цилиндра, а с другой стороны, прижимается под действием давления этих газов к нижней стороне канавки в поршне, в которую оно вставлено. Предполагается далее, что и в подшипнике 11 скольжения поршневого пальца 12 небольшая или при изменении поршнем направления движения на обратное нулевая скорость его перемещения относительно стенки цилиндра не обеспечивает динамического образования сохраняющейся в течение длительного времени несущей масляной пленки, в результате чего в этом подшипнике скольжения также всегда проявляется эффект "низкоомности", т.е. увеличение электропроводности.

В тех местах, где масляная пленка имеет малую толщину, наиболее вероятно и нарушение ее сплошности, т.е. ее разрыва, что в последующем приводит в результате сухого трения к нагреву и к возникновению гальванического термотока при контакте различных материалов. Показанная на фиг.3 диаграмма отражает изменение термоэдс U при протекании подобного термотока I через шатунный подшипник 10 при разрыве масляной пленки и сухом трении. Этот термоток может протекать и тем самым проявляться и в тех случаях, когда вышеописанное замыкание цепи приходится на верхнюю мертвую точку поршня.

Полусухое (или смешанное) трение в подшипниках скольжения, как правило, постоянно приводит к возникновению определенного гальванического термотока небольшой силы, которому соответствует некоторая базовая характеристика небольшого уровня. Если же тем не менее в рассмотренной кинематической приводной цепи в результате повреждения подшипника сила термотока значительно возрастет, то подобное возрастание проявится на определенной фазе рабочего цикла ДВС в виде внезапного скачкообразного изменения характеристики термотока. Иными словами, наличие на этой фазе рабочего цикла ДВС термотока большой силы свидетельствует о том, что в кинематической приводной цепи произошел разрыв масляной пленки подшипника скольжения, результатом чего может стать возникновение повреждений в этой кинематической приводной цепи. При этом повреждение может, как очевидно, возникнуть в любом подшипнике скольжения указанной кинематической приводной цепи, однако преимущественно такое повреждение возникает в шатунном подшипнике 10 в том случае, когда подобное скачкообразное изменение силы термотока происходит на вышеописанной определенной фазе рабочего цикла ДВС. На этой фазе в результате упомянутого выше эффекта "низкоомности", т.е. снижения электрического сопротивления до низкого уровня, и связанного с этим замыкания цепи между стенкой цилиндра и поршнем, с одной стороны, и по поршневому пальцу, с другой стороны, всегда протекает ток. В отличие от этого на шатунном подшипнике благодаря постоянно высокой скорости вращения коленчатого вала при нормальной работе ДВС всегда образуется динамическая масляная пленка, которая создает высокое сопротивление прохождению через нее тока, т.е. способна прервать его прохождение, причем, с одной стороны, это электрическое сопротивление значительно падает лишь при появлении повреждения, а с другой стороны, по крайней мере при частичном нарушении масляной пленки в сочетании с нагревом и контактом различных материалов подшипника возникает непрерывный гальванический термоток, сила которого скачкообразно изменяется описанным выше образом, но только в зоне верхней мертвой точки, т.е. при упомянутом замыкании цепи.

Коренные подшипники 2 коленчатого вала 1 работают, например, в следующих условиях. Коренные шейки 2а на протяжении преобладающей части рабочего цикла ДВС прижимаются к нижнему вкладышу 3, в результате чего при возникновении повреждения во время такого прижатия возникает гальванический термоток, который протекает некоторое время, но затем исчезает, когда коренная шейка под действием направленной вверх силы, создаваемой поршнем 13, отходит от нижнего вкладыша или по меньшей мере перестает оказывать на него механическую нагрузку. Подобная смена направления действия силы происходит на такте впуска и приводит к снятию механической нагрузки с нижнего вкладыша коренного подшипника, а тем самым и к прекращению протекания термотока. Поскольку в результате описанных выше процессов протекание термотока кратковременно прекращается на каждом коренном подшипнике при определенном угловом положении коленчатого вала, такое исчезновение термотока может в целом служить указанием на повреждение коренного подшипника, а его возникновение по достижении коленчатым валом определенного углового положения можно рассматривать как параметр, характеризующий определенный коренной подшипник.

На фиг.4 показана характеристика изменения термоэдс при повреждениях, возникающих в различных цилиндрах, соответственно шатунных подшипниках рассматриваемого трехцилиндрового ДВС. Поскольку воспламенение рабочей смеси происходит последовательно в отдельных цилиндрах через определенные выражаемые в градусах угла поворота коленчатого вала (УПКВ) интервалы, которые различаются в зависимости от конструкции и числа цилиндров ДВС и в данном случае соответствуют 240°, характеристики изменения термоэдс для отдельных цилиндров также смещены друг относительно друга на 240°, что при известном порядке работы цилиндров (в данном случае 1-3-2) позволяет точно определить по индикаторному устройству, в каком цилиндре, соответственно на каком шатунном подшипнике возникает термоток, указывающий на разрыв масляной пленки и на начало интенсивного износа соответствующего подшипника скольжения.

На фиг.5 проиллюстрирован другой возможный способ, позволяющий установить наличие термотока в определенном шатунном подшипнике. При этом исходным параметром служит устанавливающаяся в определенном режиме работы толщина h пленки смазочного материала, обусловленная при работе ДВС некоторой подвижностью установленной в шатунном подшипнике шейки. Связано это с тем, что, как было установлено, направление и величина приложенных к подшипнику сил постоянно изменяются под действием создаваемых газами и инерционных сил, а также в результате изменяющейся нагрузки. На фиг.5 траектория подобного перемещения шатунной шейки коленчатого вала и толщина h образующейся в результате пленки смазочного материала в шатунном подшипнике представлены в виде круговой диаграммы в полярных координатах, на которой рабочий цикл четырехтактного ДВС представлен в зависимости от угла поворота его коленчатого вала. Полному периодически повторяющемуся рабочему циклу соответствует замкнутая кривая, на которой соответственно указано в градусах угловое положение коленчатого вала. В результате за каждый рабочий цикл ДВС центр шатунной шейки однократно описывает некоторую траекторию, называемую траекторией перемещения шейки. Положение шейки вала меняется при этом не только в окружном направлении, но и в радиальном направлении. Приближение шейки к рабочей поверхности подшипника сопровождается вытеснением смазочного материала из сужающегося при этом зазора h. При малой величине этого зазора сопротивление масляной пленки уменьшается, при этом соответствующей точкой отсчета, позволяющей соотнести возникающий, периодически изменяющийся термоток с соответствующим шатунным подшипником, является пригодное для его использования в качестве исходного параметра угловое положение коленчатого вала. Аналогичные процессы происходят и в коренном подшипнике, но с противоположной направленностью действующей на него нагрузки, т.е. если в коренном подшипнике, как указано выше, основная нагрузка приходится на нижний вкладыш, то в шатунном подшипнике основная нагрузка приходится на его верхний вкладыш.

На фиг.6-8 показано съемно закрепленное на коленчатом валу передающее устройство 30, имеющее коллектор 18 для передачи в качестве управляющего сигнала термотока и средства 20, 20а для определения углового положения коленчатого вала. Указанное передающее устройство 30 имеет, в частности, следующую конструкцию.

Передающее устройство имеет переходник 31, который винтом 32 привинчен к коленчатому валу 1, при этом коническая часть 33 переходника 31 взаимодействует с соответствующим коническим гнездом 34 на валу, что обеспечивает центрирование одной детали относительно другой. С противоположной от коленчатого вала 1 стороны переходник имеет еще одну коническую часть 35, в которую входит центрирующий конус или фланец 36, привинченный центральным винтом 37 к винту 32, которым переходник 31 крепится к коленчатому валу 1. С обратной месту крепления стороны центрирующий фланец 36 снабжен полым цилиндром 38, который снаружи через подшипник 39 опирается на первую неподвижную корпусную деталь 40. Подшипник 39 уплотнен относительно переходника 31 уплотнительным кольцом 41. С противоположного торца подшипника 39 установлен не показанный подробно на чертеже датчик 42 ускорения известной конструкции, состоящий, например, из трех отдельных чувствительных элементов, которые позволяют определять ускорение по всем трем координатам. Внутри полого цилиндра расположена упругая муфта 43, обеспечивающая соединение полого цилиндра 38 с валом 44, который предпочтительно выполнен полым, и передачу приводного усилия от этого полого цилиндра 38 на вал 44.

Гибкая муфта 43 имеет два соосно расположенных один в другом полых цилиндра 45, 46, каждый из которых снабжен несколькими прорезями 49, 50, проходящими практически по всей окружности этих цилиндров, за исключением соединительных перемычек 47, 48 соответственно. У одного полого цилиндра 45, 46 каждая соединительная перемычка 47, 48, соединяющая две соседние проходящие по окружности прорези 49, 50, смещена по окружности на 180° относительно следующей соединительной перемычки. Помимо этого соединительные перемычки 47, 48 одного полого цилиндра 45, 46 смещены по окружности относительно соединительных перемычек 48, 47 другого полого цилиндра 46, 45 на 90°. Муфта такой конструкции позволяет в максимально возможной степени исключить передачу на вал 44 передающего устройства и скомпенсировать биения коленчатого вала 1 при его вращении.

Вал 44, выполненный в виде полого вала, установлен в двух подшипниках 51, 52 во второй неподвижной корпусной детали 53, которая опирается на неподвижную опору 54. Опора 54 имеет защитную трубку 55, которую наружным крепежным фланцем 56 можно соединить с соответствующим устройством, например с картером двигателя. Корпусная деталь 53 через резиновое кольцо 57 опирается на защитную трубку 55 с внутренней стороны последней.

На валу 44 с одной стороны установлены средства 20 для определения углового положения, в состав которых входят диск 21, который имеет не показанные на чертеже и распределенные по его окружности в определенной последовательности штриховые метки, считываемые датчиком 22. В данном случае предпочтительно предусмотреть вторые средства 20а для определения углового положения, расположив их со смещением в 90° относительно первых средств. Эти вторые средства предназначены, с одной стороны, для повышения надежности измерений, а с другой стороны, для компенсации возможных крутильных колебаний вала.

Помимо этого на валу 44 установлен коллектор 18, имеющий несколько равномерно распределенных по окружности скользящих контактов 58, каждый из которых пружинящей или упругой лапкой 59 соединен с неподвижной корпусной деталью 53. В коллекторе предпочтительно предусмотреть восемь равномерно распределенных по окружности скользящих контактов, которые распределены также по различным круговым дорожкам 60, при этом предпочтительно, чтобы по два скользящих контакта 58, расположенных диаметрально друг против друга, т.е. смещенных по окружности на 180° друг относительно друга, могли взаимодействовать с одной и той же круговой дорожкой 60. Подобная конструкция коллектора обеспечивает предельно точный, бесперебойный и не создающий дополнительного сопротивления съем термотока и компенсацию возможных биений вала 44 при его вращении.

Неподвижные корпусные детали 40 и 53 заключены в трубчатый кожух 61, который на большей части его длины снабжен проходящими по окружности прорезями 62, которые выполнены аналогично круговым прорезям 49, 50 полых цилиндров 45, 46, что позволяет и в этом случае компенсировать биения, т.е. крутильные колебания, коленчатого вала при его вращении. Трубчатый кожух 61 снабжен гибкой защитной оболочкой 63.

Не показанные на чертеже провода или выводы отдельных датчиков и чувствительных элементов соединителем 64 соединены с соединительными линиями 17, 23, идущими к блоку 14 управления.

Claims (14)

1. Способ контроля подшипников скольжения поршневой машины, прежде всего двигателя внутреннего сгорания (ДВС), в которой перемещающийся по меньшей мере в одном цилиндре (Z₁, Z₂, Z₃) поршень (13) соединен шатуном (9) с коленчатым валом (1), при этом термоток (I), возникающий каждый раз при разрыве масляной пленки (5) между перемещающимися друг относительно друга деталями или частями подшипника скольжения, выполненными из различных электропроводных материалов, вследствие температурного градиента в подобном подшипнике (2а, 10, 11) скольжения, используют в блоке (14) управления в качестве управляющего сигнала, отличающийся тем, что указанный термоток (I) усиливают, а также растягивают его характеристику и анализируют по меньшей мере за один рабочий цикл машины путем считывания информации в привязке к угловому положению коленчатого вала (1) на наличие симптомов, указывающих на отклонения в работе подшипников (2а, 10, 11) скольжения, при этом в случае появления такого симптома выдают управляющий сигнал о наличии повреждения в определенном подшипнике скольжения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметра для формирования указанного, характеризующего работу подшипника скольжения управляющего сигнала выбирают такое угловое положение коленчатого вала, в котором толщина масляной пленки при нормальной работе машины является наименьшей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметра для формирования характеризующего работу подшипника скольжения управляющего сигнала выбирают траекторию перемещения коренной шейки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметра для формирования управляющего сигнала выбирают такое положение коленчатого вала (1), в котором соответствующий поршень (13) находится на такте сжатия в зоне верхней мертвой точки (ВМТ).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметра для формирования управляющего сигнала используют крутящий момент и/или частоту вращения коленчатого вала (1).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что характеристику термотока (I) в ДВС соотносят с порядком работы цилиндров (Z₁, Z₂, Z₃).

7. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-6, имеющее блок (14) управления, соединяемый линиями (16, 17), с одной стороны, с корпусом (7), а с другой стороны, с коленчатым валом (1) поршневой машины и выдающий при возникновении термотока (I) управляющий сигнал, отличающееся тем, что блок (14) управления имеет средства для усиления термотока (I) и растягивания его характеристики, а также для анализа этого термотока по меньшей мере за один рабочий цикл машины путем считывания информации в привязке к сигналу углового положения коленчатого вала (1) на наличие симптомов, указывающих на отклонения в работе подшипников (2а, 10, 11) скольжения, при этом указанные средства в случае появления такого симптома выдают управляющий сигнал о наличии повреждения в определенном подшипнике скольжения.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что с блоком (14) управления соединены средства для определения положений поршня (13), соответствующих мертвым точкам.

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что предусмотрено предназначенное для передачи термотока (I) передающее устройство (30), соединяемое с коленчатым валом (1) поршневой машины.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что указанное передающее устройство (30) имеет датчик (20) вращения, предназначенный для определения углового положения и частоты вращения коленчатого вала (1).

11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что передающее устройство (30) имеет коллектор (18) с несколькими скользящими контактами (58), которые равномерно распределены по его окружности и предпочтительно распределены по нескольким кинематически соединяемым с коленчатым валом (1) круговым дорожкам (60) и которые пружинящими лапками (59) соединены с неподвижной корпусной деталью (53), окружающей контактную зону коллектора.

12. Устройство по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что передающее устройство (30) имеет по меньшей мере один кинематически соединяемый с коленчатым валом (1) датчик (42) ускорения.

13. Устройство по любому из пп.9-12, отличающееся тем, что передающее устройство (30) имеет соосно соединяемый с коленчатым валом (1) переходник (31), который гибкой муфтой (43) соединен с валом (44), установленным в неподвижном корпусе (53), к которому подсоединены идущие к блоку (14) управления линии (17, 23) передающего устройства (30).

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что гибкая муфта (43) имеет два расположенных соосно один в другом полых цилиндра (45, 46), каждый из которых снабжен несколькими прорезями (49, 50), проходящими практически по всей окружности этих цилиндров за исключением соединительных перемычек (47, 48), при этом у одного полого цилиндра каждая соединительная перемычка (47, 48), соединяющая две соседние проходящие по окружности прорези (49, 50), смещена по окружности на 180° относительно следующей соединительной перемычки, а соединительные перемычки (47, 48) одного полого цилиндра (45, 46) смещены по окружности относительно соединительных перемычек (48, 47) другого полого цилиндра (46, 45) на 90° и оба этих полых цилиндра (45, 46) на одном конце соединены друг с другом, а на другом конце соединены с одной стороны с переходником (31), а с другой стороны - с валом (44).

Images