Диагностика состояния механизмов по параметрам работающих масел

П.И.Тарасов, к.т.н., ИГД УрО РАН Ю.А.Гурьянов, к.т.н., Челябинский государственный агро-инженерный университет

Смазочное масло является особым элементом для успешной работы любого механизма, работающего в системе жидкой смазки. Для предупреждения преждевременного износа механизма необходимо осуществлять его смазывание работоспособным маслом. Вместе с тем смазочное масло, находясь в герметичном объеме системы смазки, позволяет диагностировать любые нарушения ее герметичности, например, проникновение в систему смазки охлаждающей жидкости, топлива, абразивных частиц и т.д.

Масло омывает все элементы системы и при этом создает условия не только для оптимального функционирования поверхностей трения, но и воспринимает, аккумулирует и потенциально сохраняет информацию о фактическом состоянии смазываемого объекта. Капля работающего масла, правильно взятая из картера механизма, способна дать представление о состоянии объекта в целом. Через изменяющиеся свойства работающего масла можно получить информацию о техническом состоянии тех деталей, которые определяют ресурс механизма. Поэтому диагностика механизмов по параметрам работающего масла, в сравнении с любым другим ее видом, дает наилучшие результаты, как по достоверности, так и по спектру одновременно контролируемых показателей их состояния, имеющих разную природу явлений.

Рассматриваемые методы диагностирования можно разделить на два основных класса: I диагностирование по физико-химическим показателям качества смазочного масла и IIдиагностирование по параметрам частиц износа в смазочном масле и фильтрах. Каждый из них характеризуется специфическими способами контроля, средствами и перечнем диагностических и структурных параметров.

В России и странах СНГ наиболее широкое распространение получили методы диагностирования механизмов по физико-химическим показателям качества смазочного масла. Методы диагностирования механизмов по параметрам частиц износа в смазочном материале и фильтрах по ряду причин используются реже и в основном применяются на железнодорожном и иногда на карьерном транспорте, а так же в исследователь-

ских целях. Методы первого и второго классов не дублируют, а взаимно дополняют друг друга. Их совместное использование позволяет выявлять неисправности систем очистки масла и воздуха, топливоподачи и охлаждения, обеспечивает раннее обнаружение и предупреждение не только повышенного износа поверхностей трения деталей механизма, но и позволяет определить причины его возникновения, а также указать узел или соединение деталей, в котором наблюдается повышенный износ.

Физико-химические свойства работающего масла оценивают по предельным значениям комплекса единичных показателей его качества. Для оценки качества работающих моторных масел наиболее часто используют следующие показатели: концентрация охлаждающей жидкости и топлива в масле, диспергирующе-стабилизирующие свойства

(ДСС), общую загрязненность масла нерастворимыми продуктами, вязкость и водородный показатель рН. При анализе качества масла его признают работоспособным в том случае, когда значения всех показателей находятся в допускаемых пределах. В противном случае, масло считается непригодным для дальнейшего использования.

Оперативный контроль технического состояния механизма по физико-химическим показателям качества работающего масла может осуществляться методами и средствами двух типов: экспресс и лабораторными.

Лабораторные методы и средства, как в нашей стране, так и за рубежом, являются основой всей системы оценки служебных свойств современных смазочных материалов при их разработке, испытании, изготовлении, реализации и использовании по назначению. Эти методы и средства регламентированы системой государственных стандартов: старая система классификации КГС группа Б «Нефтяные продукты», новая ОКС группа 75. Реализация этих методов предполагает высокую квалификацию персонала, наличие дорогостоящего оборудования, значительных капитальных вложений на организацию лаборатории, существенных затрат на расходные материалы, но главное, выполнение аналитических работ сопровождается высокими трудовыми и временными затратами. Платой за создание и содержание столь высокозатратной лаборатории являются широкие возможности по спектру контролируемых показателей качества смазочных материалов (только при наличии соответствующего спектра оборудования) и высокая достоверность получаемых результатов анализов.

При оперативном контроле технического состояния машин во время проведения номерных технических обслуживаний (ТО) предусматривают не только регламентные работы, но и выполнение профилактических работ по результатам диагностирования с целью восстановления работоспособности и исправности машин. Поэтому результаты диагностирования технического состояния машины должны поступать в зону ТО заблаговременно с тем, чтобы можно было спланировать выполнение профилактических работ.

В условиях автотранспортного предприятия время, затрачиваемое на проведение всех анализов пробы масла, составляет 1-2 суток. Это связано с тем, что лаборатория работает в одну смену и один квалифицированный сотрудник, в зависимости от состояния проверяемой пробы работавшего масла, затрачивает на проведение всех анализов 1-1.5 смены. Из этого следует, что для обеспечения своевременного поступления результатов испытания масел в зону ТО, необходимо пробы масел отбирать из машин, как минимум, за трое суток до постановки машины на ТО, а количество сотрудников в лаборатории должно быть равным среднему количеству машин, которые ежедневно проходят ТО на данном предприятии. В случаях, когда результаты испытания масла поступают после того, как машине проведены регламентные работы и она покинула зону ТО, приходится либо отказываться от проведения профилактических работ, либо возвращать машину в зону ТО, что снижает эффективность оперативного контроля.

В ряде зарубежных стран в течение 10 и более лет работают автоматизированные комплексы испытания масел стандартными методами, что позволяет увеличить количество одновременно анализируемых проб. Такие лаборатории оказывают услуги клиентам не только в своей стране, но и за рубежом. Доставка проб осуществляется самолетами пассажирских авиакомпаний, а передача клиентам результатов анализов проб масел реализуется с помощью электронных средств связи.

Анализ качества масел проводят, как отмечалось выше, для достижения разных целей. В одних случаях требуются количественные оценки максимальной достоверности, например, при исследованиях, а в других случаях достаточно качественной оценки или оценки средней достоверности. Поэтому для тех случаев, когда не требуется высокая достоверность анализов, были разработаны лабораторные методы, которые не требуют столь высоких затрат на проведение анализов и высокой квалификации обслуживающего персонала. К ним, в частности, относятся методы, которые изложены в ГОСТах класса «Нефтепродукты отработанные», «Масла моторные отработанные» и др. Последние можно использовать для анfлиза показателей качества работающих масел. Однако и эти методы являются лабораторными и имеют достаточно высокую трудоемкость и реализуются с применением лабораторного оборудования, в том числе изготовленного из химического стекла.

Экспресс-методы призваны не заменить лабораторные методы, а сократить в десятки раз трудоемкость и время, затрачиваемое на получение оценок качества смазочного масла в тех случаях, когда не требуется проведение анализов лабораторными методами. Столь радикальное сокращение трудоемкости и времени проверки достигается применением иных принципов измерения тех же самых показателей качества смазочного материала, с помощью которых как при лабораторных, так и при экспресс-методах устанавливают соответствие или несоответствие данного нефтепродукта техническим требованиям. Эти методы используются как при контроле качества свежих, т.е. не работавших товарных масел, так и работающих масел. В этом случае не столь важно на каком принципе основана работа того или иного прибора, важно то, чтобы полученные результаты были достоверными и адекватно отражали фактическое состояние диагностируемой машины, а пресс-диагностики отбор проб масел производят в день постановки машины на техническое обслуживание. Если для смазывания механизма используется качественное свежее масло, то в процессе оперативного контроля достаточно с определенной периодичностью отбирать пробы работающего масла из картера и по изменению его показателей выявлять неисправности систем, оценивать работоспособность и интенсивность старения масла. Знание интенсивности старения масла позволяет судить не только об общем техническом состоянии механизма, но и прогнозировать дату следующего контроля и дату возможной замены масла по его фактическому состоянию, а не по наработке или пробегу. Такой подход к анализу масел позволяет исключить работу машин, с одной стороны, на неработоспособном масле в тех случаях, когда интенсивность старения масла высокая, а с другой стороны, предупредить преждевременную замену еще работоспособного масла. Таким образом обеспечивают рациональное использование технического ресурса масла и механизма, снижают общие расходы, связанные с его эксплуатацией, оптимизируют перечень и количество запасных частей и горюче-смазочных материалов.

При использовании экспресс-методов снимаются проблемы своевременного получения результатов анализов проб масел, вопросы затрат на приобретение дорогостоящего оборудования и капитальных вложений, а также затрат на содержание штата высококвалифицированных сотрудников. В этом случае не требуются специалисты с высшим специальным образованием, т.к. один техник или инженер-механик способен за одну смену исследовать 10-12 проб работающих масел. Подготовку такого специалиста осуществля-

затраты, связанные с ее оператив- ют за две-три недели, например, на ным контролем минимальными. факультете повышения квалифика-При использовании методов экс ции технического ВУЗа.

Портативный комплект КДМП-2

Практический опыт показывает, что при использовании экспресс-методов для анализа качества работающих моторных масел из 100 проверенных проб в 1-3 случаях может возникнуть необходимость в уточнении результатов экспресс-анализа лабораторными методами. Это возможно тогда, когда диагностируемые объекты обследуются впервые. При возникновении такой потребности целесообразно обратиться в ближайшую химмотологическую лабораторию, например областной нефтеин-спекции, нефтебазы или ВУЗа. Для парка машин, находящихся под оперативным контролем, необходимость в подтверждении результатов лабораторными методами обычно не возникает, т.к. благодаря систематическому и персональному наблюдению за каждой машиной с помощью средств экспресс-диагностики ее техническое состояние известно механику до тонкостей.

С учетом используемых принципов измерения основных показателей качества масел можно выделить следующие экспресс-методы и средства для их реализации:

- портативные комплекты средств на основе химико-физических принципов измерения с использованием химической стеклянной посуды. К ним можно отнести полевые лаборатории ПЛ-2м, ручную лабораторию РЛ и стационарную лабораторию ЭЛАН отечественного производства. Средства этого типа позволяют проводить анализ качества масла, как в полевых, так и в стационарных условиях и обеспечивают получение достоверных сведений о фактическом состоянии работающего масла и механизма. Эти лаборатории имеют два недостатка: использование лабораторных ГОСТовских методов с высокой трудоемкостью работ и наличие химической стеклянной посуды, что делает комплект недолговечным, особенно в полевых условиях;

- портативные комплекты средств на основе химико-физических принципов измерения с использованием фирменных реагентов и химической стеклянной посуды.

Представители этого класса экспресс-средств отечественного производства лаборатории «ПЛАМ-1, 2, 3», выпускаемые ЦНИИ МФ, фирмой «Техдиагноз-сервис». Эти три варианта лабораторий отличаются перечнем контролируемых показателей качества масел. Они обладают всеми преимуществами предыдущих средств экспресс-диагностики и дополни-

тельно позволяют достаточно быстро определить щелочное число и концентрацию воды в масле. Эти средства анализа качества масла имеют три недостатка: использование лабораторных ГОСТовских методов с высокой трудоемкостью работ для анализа части показателей, наличие химической стеклянной посуды и использование фирменных реагентов;

- портативные комплекты средств на основе химико-физических принципов измерения с использованием фирменных реагентов и без использования химической стеклянной посуды. Эти комплекты более предпочтительны, т.к. они обладают всеми преимуществами предыдущих средств экспресс-диагностики, но у них меньше недостатков. Из зарубежных необходимо отметить средства компаний Kittiwake и Chevron Lubricants. Они идентичны, в них используются фирменные реагенты компании Kittiwake. Экспресс-лаборатория этой компании комплектации FG-K1-007-KW позволяет проводить 4 вида анализов: тест на содержание воды в масле, тест на щелочной запас, тест на изменение вязкости масла, тест на наличие нерастворимых примесей. Каждый тест проводится на индивидуальном приборе. Время проведения первых двух тестов составляет по 2 минуты на каждый, третий тест требует до 10 минут, последний 1 час.

Недостатком средств этого типа является необходимость использования фирменных реагентов;

- электрофизические портативные приборы для контроля одного из свойств масла. Приборы этого типа в настоящее время становятся основным видом средств экспресс-диагностики. Они выполняются приборами карманного типа, переносными и стационарными. Их используют как индивидуально, для контроля только одного свойства смазочного материала, так и в составе диагностических комплектов для комплексного анализа качества масла;

- электрофизические портативные универсальные приборы для контроля нескольких свойств масла.

Общий вид прибора фирмы Kittiwake для анализа щелочного запаса

В настоящее время таких приборов не много, хотя они предпочтительны при использовании, как в полевых, так и в стационарных услови ях. Используемые в таких приборах принципы измерения позволяют проанализировать несколько свойств, обычно 2-4, контролируемого смазочного материала. К таким средствам можно отнести прибор фирмы Komatsu, позволяющий проанализировать загрязненность масла охлаждающей жидкостью и топливом, а также общую загрязненность масла нерастворимыми продуктами, и Lubri Sensor компании Northern Instruments Corp., позволяющий оценить загрязненность масла охлаждающей жидкостью и топливом, а также обнаружить металлические частицы износа в масле. Из отечественных к приборам такого типа можно отнести электротигель из комплекта КДМП, который позволяет проанализировать следующие показатели качества работающих масел: загрязненность масла охлаждающей жидкостью и топливом, моющих, диспергирующие-стабилизирующих свойств (ДСС) и общую загрязненность масла, в том числе и на наличие металлических частиц износа по капельной пробе. Для проверки первых двух свойств требуется от 2 до 15 минут, последние четыре проверки выполняются одновременно за 10 минут;

- комплекты средств на основе электрофизических универсальных приборов и приборов для контроля одного из свойств масла. Такие средства экспресс диагностики обладают существенными преимуществами по сравнению с рассмотренными выше, т.к. позволяют комплексно оценить качество проверяемого масла по всем основным показателям, при затратах времени на контрольные операции от 30 минут до 1 часа и при этом не требуют фирменных расходных материалов. Такие комплекты помещают-

ся в небольшом футляре с общей массой обычно не более 5 кг. Одним из отечественных средств такого типа является, например, портативный комплект КДМП-2. Комплект КДМП-2 предназначен для контроля работающих моторных масел с целью оценки их пригодности для дальнейшей работы и выявления определенных видов неисправностей, возникающих в двигателях. Кроме того, комплект может быть использован для входного контроля ряда параметров при покупке свежего товарного моторного масла.

Заключение о пригодности работающего масла в комплекте КДМП-3 дается по девяти параметрам: содержание охлаждающей жидкости, содержание топлива, моющие и дис-пергирующе-стабилизирующие свойства, вязкость, общая загрязненность, в т.ч. и на наличие металлических частиц износа (по капельной пробе), водородный показатель, наличие абразивных частиц.

Время испытания одной пробы масла составляет 10-30 минут в зависимости от состояния проверяемого масла. Приборы, входящие в комплект, расположены в футляре и позволяют осуществлять испытание масла, как в стационарных, так и в полевых условиях (в кабине машины).

При разработке комплекта были учтены современные достижения ведущих в этой отрасли фирм, таких как Komatsu (Япония), MTU (ФРГ), МоЬП (США). В то же время методы и средства, используемые в комплекте защищены патентами Российской Федерации.

Основными достоинствами комплекта являются: наличие пробоотборника, который позволяет взять через отверстие масломерной линейки пробу для анализа из картера двигателя при температуре масла до 110°C за 2-3 минуты; наличие устройства для проверки шести свойств масла, питающегося от бортовой сети машины 12 или 24 В, а также от бытовой сети через понижающий трансформатор и не требующего применения фирменных расходных материалов; наличие универсального небьющегося вискозиметра и отсутствие лабораторной химической стеклянной посуды.

* * *

Выбор тех или иных методов диагностирования при организации оперативного контроля технического состояния машин по параметрам работаю-

щего масла на конкретном предприятии зависит от размеров парка и типа эксплуатируемой техники, экономического состояния предприятия, степени заинтересованности руководящего звена предприятия в снижении затрат на эксплуатацию техники и т.д. Для крупных горных предприятий наиболее приемлемым является вариант оптимального сочетания нескольких лабораторных методов, использование которых целесообразно для анализа проб в особо сложных случаях, и экспресс методов для проведения основного объема анализов проб работающих масел. Средние и небольшие автобазы горных предприятий могут организовать оперативный контроль технического состояния ДВС на основе средств экспресс-анализа работающих масел. В практике использования комплектов КДМП имеют место примеры продолжительной их эксплуатации (в течение 8-10 лет) для оперативного контроля технического состояния машин в автохозяйстве не только горных предприятий. Применение экспресс-методов позволяет без потери качества проведения анализов работающих масел принципиально снизить затраты на проведение диагностических работ.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2005