Техническое состояние автомобиля определяет его надёжность. Повышение надёжности агрегатов автомобилей может быть достигнуто установкой качественных деталей. Эффективность и долговечность работы агрегатов автомобилей, имеющих вращающиеся детали, во многом зависит от надежности работы пары трения «манжетное уплотнение-вал», т.е. от характеристик поверхностного слоя детали, режима работы, типа и качества применяемых уплотнений, а также условий эксплуатации автомобилей.
Манжетные уплотнения препятствуют утечке масла из картера двигателей и коробок переключения передач автомобилей при работе, а также мешают проникновению пыли, грязи и влаги из внешней среды. Срок службы агрегатов автомобилей напрямую зависит от надёжности уплотнений, а их внезапный отказ влечет за собой трудоёмкий дорогостоящий ремонт и простои автомобилей. Целесообразность работы над повышением надёжности манжетных уплотнений достаточно очевидна и требует применения специальных стендов для испытания уплотнений, устанавливаемых в агрегатах автомобилей [1].
C целью непрерывного мониторинга и определения времени от начала испытания манжетного уплотнения до нарушения его герметичности, авторами было предложено устройство для исследования манжетных уплотнений [2].
На рисунке 1 представлена конструкция устройства для исследования манжетных уплотнений.
Рисунок 1. Устройство для исследования манжетных уплотнений.
Устройство для исследования манжетных уплотнений состоит из электродвигателя постоянного тока 3 с возможностью регулирования частоты вращения с помощью блока регулирования 4, тахогенератора 1, верхней 10 и нижней 17 частей корпуса стенда, а также насоса 19 с манометром 20, соединенных с верхней частью 10 корпуса шлангом высокого давления 21. Внутри корпуса устройства залита жидкость (масло, вода и т.д.) с флюоресцирующими добавками и, с целью недопущения её утечки, на исследуемом валу 9 устанавливаются манжетные уплотнения 12 и 22. Нижняя часть 17 корпуса закреплена на раме 2. Исследуемый вал 9 устанавливается в подшипниках качения 11 и соединяется с выходным валом 5 электродвигателя 3 посредством специальной фрикционной муфты 6 с «карманами» для вставки грузиков с целью создания требуемой величины эксцентриситета, которая фиксируется лазерным виброметром 29.
Фрикционная муфта 6 имеет рычаг 7 «включения-отключения» сцепления, который в позиции «включено» замыкает концевой выключатель 8, соединенный с персональным компьютером 34. Манжетные уплотнения 12 и 22 по внешнему контуру охватываются упорными кольцами 18 и 23, а внешняя торцевая поверхность манжеты 22 прижимается крышкой 24, которая фиксируются на шпильках 25 гайками. Ближайший к фрикционной муфте 6 подшипник 11 установлен внутри втулки 16. Давление, создаваемое насосом в корпусе, контролируется с помощью манометра 20. Упорные кольца разных толщин выполняются из пластмассы и служат для фиксации манжет разных диаметров при исследовании различных валов. Между подшипниками 11 и манжетой 12 устанавливаются дистанционные кольца 15. Крышка 13 фиксируется на шпильках 14 гайками.
На раме 2 рядом с корпусом устройства со стороны противоположной электродвигателю 3 закреплен объектив 27 с обоймой светодиодов ультрафиолетового излучения 26 с управляемой диафрагмой 28. Система обработки светового сигнала, состоит из объектива 27, ПЗС-матрицы 30, усилителя 31, АЦП 32, блока управления 33 и персонального компьютера 34.
Данное устройство позволяет исследовать манжетные уплотнения при различных условиях испытаний в зависимости от частоты вращения двигателя, от величины давления и вида жидкости.
Так как в жидкости присутствуют флюоресцирующие добавки, определение порога герметичности манжетного уплотнения происходит в тёмном помещении.
Рассмотрим работу разработанного устройства. Вначале подбираются и устанавливаются в «карманы» муфты 6 грузики, необходимые для создания требуемой величины эксцентриситета, которая контролируется виброметром 29.
Вал 5 электродвигателя 3 набирает обороты, заданные блоком регулирования 4 и контролируемые тахометром. По достижению необходимого для испытаний числа оборотов, рычаг 7 фрикционной муфты 6 устанавливается в положение «включено», замыкается концевой выключатель 8, и сигнал о начале испытаний поступает в компьютер 34.
Вращение от вала 5 электродвигателя 3 посредством муфты 6 передаётся исследуемому валу 9, при вращении которого, вследствие вибрации губы манжеты 22, вызываемой микронеровностями поверхности вала 9, его эксцентриситетом, радиальным и осевым биением относительно корпуса устройства, возникает волна вибрации, проявляемая в виде микроподтеканий жидкости с флюоресцирующими добавками.
Жидкость, находящаяся в корпусе устройства, имеет свойство светиться в видимом диапазоне волн под действием ультрафиолетового облучения. Когда в процессе испытания манжетного уплотнения 22 нарушается его герметичность и жидкость появляется на внешней стороне манжетного уплотнения, то при ультрафиолетовом облучении в темноте появляется светящееся кольцо. Изображение этого кольца через объектив 27, который имеет диаметр больший, чем диаметр вала 9, передаётся на ПЗС-матрицу 30, где преобразуется в аналоговый электрический сигнал. Этот сигнал усиливается усилителем 31 и передаётся на аналогово-цифровой преобразователь 32. Оцифрованный сигнал поступает на персональный компьютер 34, где он обрабатывается с помощью компьютерной программы.
Блок управления 33 контролирует уровень аналогового сигнала и регулирует диафрагму 28 объектива 27 так, чтобы амплитуда аналогового сигнала находилась в пределах, необходимых для обеспечения диапазона аналогово-цифрового преобразователя 32, кроме того, блок управления 33 подаёт сигналы развёртки на ПЗС-матрицу 30 и синхронизирует работу ПЗС-матрицы с персональным компьютером 34.
Компьютерная программа позволяет определить время от начала испытания манжетного уплотнения до наступления порога нарушения его герметичности. Кроме того, зная угол наклона губы манжетного уплотнения относительно вала, по ширине светящегося кольца можно оценить объём протекания жидкости, а также оценить динамику изменения объёма протекшей жидкости.
Использование такого устройства позволяет уточнить механизм трения и износа манжеты и вала, а разработка на этой основе мероприятий по снижению износа валов насосов, коробок переключения передач и других агрегатов, имеющих манжетные уплотнения, даст значительную экономию денежных средств [2].
Осуществляя постоянный контроль состояния узлов трения «вал — манжетное уплотнение», своевременно проводя работы по продлению их ресурса, можно в значительной степени снизить затраты на ремонтные работы и простои автомобилей, предотвратить аварийные ситуации, тем самым повысив общий уровень промышленной и экологической безопасности [3].
Таким образом, повышение надёжности агрегатов автомобилей может быть достигнуто установкой партии удовлетворяющих сроку службы качественных манжетных уплотнений, выборка из которых, пройдёт предварительные испытания на предлагаемом устройстве.
Список литературы:
- Гаркунов Д. Н. Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин): Учебник. – 5-е изд., перераб. И доп. – М.: Издательство МСХА, 2002. – 632 с.
- Патент РФ №2451223 С1 МПК F16J15 /00, G01M3/02. Устройство для исследования манжетных уплотнений /Ханжонков Ю.Б., Семенов В.В., Асцатуров Ю.Г. Заявл. 08.06.2011.Опубл. 20.05.2012 //Бюл. № 14.
- Семенов В.В., Асцатуров Ю.Г., Ханжонков Ю.Б. Совершенствование устройств для трибомониторинга узлов машин и механизмов с применением оптоэлектроники [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2013. — №1. – Режим доступа: https://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y 2013/ 1541 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.[schema type=»book» name=»ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЕЙ ПУТЁМ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ МАНЖЕТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ» author=»Асцатуров Юрий Георгиевич, Лопаткин Антон Владимирович, Семенов Владимир Владимирович, Ханжонков Юрий Борисович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТРЕРИНА» ]