Вибродиагностика

Возьмем два автомобиля. Один, свежий и блестящий, только вчера привезли из Японии, а второй, громыхая своими деталями, бегает по дорогам России уже много лет. Спрашивается, какой из этих автомобилей раньше сломается? Оказывается, узнать это достаточно легко, если воспользоваться разработками сотрудников ДВО РАН. Ими создана методика и прибор, которые позволяют достоверно оценить надежность любого механизма, в том числе и автомобильного двигателя.

 Если сегодня двигатель вашего автомобиля работает безукоризненно, то кто может поручиться, что так будет и через неделю. Да, все можно отремонтировать, но зачем же доводить дело до необходимого ремонта, тем более, что по нынешним временам это бывает накладно. Вы скажете, что вам ни к чему знать день «смерти», пусть даже и автомобиля. Тогда возьмем другой случай: вы покупаете подержанный автомобиль. Сколько он проходит – никому не известно, и более чем достаточно случаев, когда свежеприобретенная машина без всяких видимых причин вдруг попадала в серьезный ремонт. Хотя на самом деле причины конечно же были, и сегодня их уже можно «вычислить», используя новый прибор. И третий случай. Вы меняете, например, моторное масло в двигателе своего четырехколесного «друга» или добавляете в двигатель какие-нибудь присадки. А нужно ли это делать в данный момент? Может быть, это масло надо было бы сменить еще месяц назад? Как сработали присадки? И на эти вопросы ответит прибор, аналогов которому в мире нет.

Любой механизм, в том числе и двигатель, выходит из заводского цеха с массой мелких внутренних дефектов. Это несоосности, дисбалансы, шероховатости поверхностей и многое другое. Эти дефекты в той или иной степени всегда были, есть и будут спутниками любого производства. Чаще всего они компенсируют друг друга и сглаживаются смазкой. В таком режиме работают все механизмы в мире. Но в силу различных причин некоторые дефекты начинают прогрессировать. Развитие дефекта происходит постепенно и внешне никак не проявляется. Когда в вашем доме скрипят несмазанные дверные петли, вы это слышите и делаете соответствующие выводы. Так же скрипят и все контактирующие поверхности в любом работающем механизме. Но этот скрип, правильнее – высокочастотную вибрацию, вы не слышите, поскольку она очень тихая и кроме того, находится в высокочастотной области, недоступной для человеческого уха. Но прибор ее «услышит» и на экране выдаст соответствующие значения. Он не определит, поверхности каких именно деталей издают этот звук – вкладышей, толкателей или еще каких-нибудь, но наличие повышенной вибрации, т.е. дефекта, прибор определит достоверно.

Что мы делаем, когда скрипят дверные петли? Смазываем их. А надолго ли хватит этой смазки? Правильно, это зависит от состояния трущихся поверхностей. То же самое происходит в любом механизме, в том числе и в автомобильном двигателе. Вы меняете ему моторное масло, точно не зная, нужно ли это ему в данный момент. И поможет ли это? В качестве примера рассмотрим изношенный шарикоподшипник генератора. Его можно промыть и набить новой смазкой. Но, если у него уже разрушены дорожки качения, сможет ли он работать с этой новой смазкой? Если сопрягаемые поверхности имеют серьезные дефекты, то их не удалит даже самое дорогое масло, они будут лишь развиваться, за исключением, может быть самых мелких, которые смогут «затянуть» длинные молекулы свежего масла. Кроме того, есть конечно шанс замаскировать (и достаточно надежно) эти мелкие дефекты, например, фторопластовыми присадками, восстановителями металла и т.п. Таким образом, на ранних стадиях образования дефекта в сопрягаемых поверхностях двигатель еще можно «вылечить». Но на какой стадии в данный момент находится дефект, как идет процесс «лечения» – выяснить и определить это на основе высокочастотной вибрации также поможет прибор. Вам, наверное, приходилось быть свидетелем примерно такого диалога: «Залил я себе в мотор полимерную добавку, а ничего не изменилось», – и в ответ: «А мне помогло: и мощность повысилась, и расход топлива снизился». Кому верить? Да оба правы, просто трущиеся поверхности в двигателях их автомобилей  находились на разных стадиях развития дефекта.

Самое первое и самое распространенное возражение: «Двигатели все ведь такие разные!». Да, но для высокочастотной диагностики они все одинаковы! Сталь она всегда будет сталью, независимо от того, на вертолете она используется или на подводной лодке. И вкладыш, прежде чем привариться, какое-то время будет издавать высокочастотный писк в 130 дБ в любом автомобильном двигателе. Вибродиагностика, конечно, не определит, какая именно проблема существует в двигателе, приходят в негодность вкладыши или что-то иное, но  наличие и величину проблемы она определит однозначно.

В ходе диагностики по разработанной методике определяются три показателя:

·        «Уровень технического состояния» (УТС);

·        «Смазочная способность масла» (ССМ);

·        «Возможность разрушения» (ВР).

УТС определяется такими дефектами, как перекос, несоосность, дисбаланс и т.д. Эти дефекты в основном заложены уже при изготовлении двигателя и имеют тенденцию к увеличению, зависящую от условий эксплуатации. Они, конечно же, снижают надежность двигателя, но не приводят к немедленному разрушению. Общеизвестно, что двигатель может стучать и работать не один год. Во всем мире модификации именно этого показателя давно и успешно используются для вибродиагностики. Но УТС не определяет остаточный ресурс механизма, являясь лишь одной из причин, приводящих к разрушению этого механизма.

ССМ – показатель определяемый состоянием трущихся поверхностей, которое в свою очередь зависит от качества масла, состояния поверхности и наличия грязи (вкрапление углерода в поверхность). Даже если причина увеличения показателя ССМ неизвестна, масло несложно заменить. И головка блока, и коленчатый вал смазываются одним маслом, и, если показатель ССМ высокий и в том, и в другом случае, то первым делом надо все-таки «грешить» на масло. Если же показатели разные, то масло здесь не при чем.

ВР – основной     показатель, характеризующий надежность механизма. Он определяется совокупностью двух взаимосвязанных показателей – УТС и ССМ.

Все диагностируемые показатели определяются прибором в логарифмическом масштабе, т.е. в децибелах (дБ). Изменение показателя, например, от 40 до 60 дБ соответствует увеличению виброактивности в 10 раз.

Процесс диагностики занимает около 5 минут. Специальным щупом в течение нескольких секунд поочередно касаются блока цилиндров, головки, турбины, генератора и т.д. В течение этих секунд прибор размером с книгу производит несколько сотен измерений в разных частотных диапазонах, усредняет их значения и выводит на дисплей.

Теоретически обосновано и проверено на практике, что, если значения ССМ и ВР ниже 45 дБ,  двигатель не нуждается ни в каких мероприятиях. Когда значения этих показателей находятся в диапазоне от 40 до 60 дБ, нужна профилактика, т.е. замена масла, промывка, возможно, регулировка. Если величина ВР составляет от 60 до 80 дБ, то кроме профилактики может понадобиться и лечение – многократная промывка двигателя, использование различных присадок, восстанавливающих поверхность, снижающих трение и т.д. при более высоких показателях уже требуется ремонт. Но увидеть эти дефекты собственными глазами можно, лишь когда показатель ВР  выше 90 дБ.

Когда у нас в автомастерской начали проводить такую вибродиагностику,  автор этого метода сказал: «Ну и «дрова» везете вы из Японии!» – хотя диагностировал он вполне новые (по нашим меркам) сверкающие автомобили 90-х годов. А на вопрос: «Неужто отечественные лучше?» – сказал: «Да, хотя показатель УТС у них, как правило, хуже, но у многих автомобилей, двигатели которых регулярно обслуживаются, показатель ССМ очень низкий, и за счет этого получается довольно низкое значение ВР. Эти автомобили, конечно, более надежны, чем только что сошедшие с конвейера. Этим объясняется и тот факт, что очень шумные двигатели, например, «Москвичей» при соответствующем обслуживании, могут эксплуатироваться очень долго, а «Тойоты» с их бесшумными двигателями попадают в ремонт без видимых, казалось бы, причин».

Самые лучшие показатели  у двигателей японских машин, которые были у нас на диагностике, составляли менее 30 дБ. Но это были почти новые и очень любимые владельцами четырехколесные «красавицы».

После такой вибродиагностики наша бригада мотористов, поверив в новую методику, интенсивным «лечением» в течение месяца снизили показатель ВР на своих автомобилях с 50-60 дБ до 30-40 дБ.

Таким образом, надежность любых узлов автомобиля зависит от своевременности замены смазочного материала – банальная истина, известная каждому владельцу автомобиля. Но необходимо помнить, что назначенный производителем двигателя ресурс смазочного материала равносилен «средней температуре по госпиталю» и в принципе не может соответствовать фактическому ресурсу.

Оптимальное решение этой проблемы – стационарная система мониторинга узлов и блоков автомобиля, ответственных за его «живучесть». Но это вопрос будущего, а пока уникальный прибор готовится к серийному производству.

На основании данных вибродиагностики владелец автомобиля получает:

·        рекомендации по проведению необходимых мероприятий, направленных на повышение «живучести»;

·        информацию о фактическом состоянии диагностируемых узлов, блоков, всего механизма;

·        анализ результативности проведенных ранее профилактических или ремонтных работ.

                                        С.В. Корниенко, Г.Г. Глухоманюк