Способ определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин
Владельцы патента RU 2296985:
ГОУВПО "Брянский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин. Сущность: активный датчик, выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы, устанавливают на поверхность детали и определяют его электрическое сопротивление. Периодически деталь выводят из эксплуатации и остужают. Определяют величину электрического сопротивления активного датчика. При достижении величины электрического сопротивления активного датчика критического значения для материала детали, дальнейшая эксплуатация ее прекращается. Технический результат: повышение надежности и упрощение определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин. 1 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин.
Известно, что при работе теплонапряженных деталей машин возникают большие остаточные напряжения, которые могут привести к появлению трещин и разрушению. В частности, при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания [1] отмечено, что в наиболее нагретых и сжатых элементах детали при переходе в холодное состояние возникают высокие растягивающие остаточные напряжения, составляющие, например, для огневой поверхности поршня, выполненного из стали 2Х13Л, величину 300 МПа, а для охлаждаемого днища поршня 250-400 МПа. В новых неработавших поршнях величина остаточных напряжений составляет всего 50 МПа.
Изменение направления деформаций в теплонапряженных деталях приводит к появлению и росту термоусталостных трещин.
Известно [2], что на ремонтных заводах Саратовской области при ревизии головок цилиндров дизелей 8ЧН13/14 отмечено наличие термоусталостных трещин в перемычках между отверстием под распылитель форсунки и гнездами клапанов в 75% головок.
Известен также способ определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин, например головок, втулок и поршней двигателей внутреннего сгорания [3], заключающийся в визуальном определении разрушения или трещины и оценке возможности дальнейшей работы детали.
Недостатком этого способа является невозможность определения аварийного состояния без разборки машины и низкая надежность в связи с тем, что в находящихся в холодном состоянии при разборке деталях трещины малоразличимы и раскрываются только при воздействии механических и термических напряжений.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин, заключающийся в регистрации значений температур в заданных точках детали термопарами, определении значений температур, превышающих допустимые, суммировании числа теплосмен и сравнении с предельным для данной детали значением числа теплосмен [4].
Недостатком данного способа, принятого за прототип, является необходимость непрерывной регистрации значений температуры в детали при работе машины, необходимость ручного подсчета числа теплосмен. Это требует больших затрат на установку термопар, регистрацию температур, анализ полученной информации, что снижает надежность.
Цель изобретения - повышение надежности и упрощение определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин.
Поставленная цель достигается в способе определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин, заключающемся в регистрации значений температур в заданных точках детали, превышающих допустимые температуры, автоматическом суммировании числа теплосмен и сравнении с предельным для данной детали значением числа теплосмен.
Новым в способе определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин является регистрация значений температур в заданных точках детали, превышающих допустимые температуры, автоматическое суммирование числа теплосмен по изменению электрического сопротивления активного датчика, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти формы, например из никелида титана.
На чертеже представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.
Устройство для определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин (чертеж) содержит электрический мост 1 с блоком питания 2 и усилителем 3. Одно из плеч моста 1 подсоединено через разъем 4 к активному датчику 5, установленному на тепловоспринимающей поверхности детали 6 в наиболее термически нагруженной зоне. Усилитель 3 подключен к показывающему прибору 7. Активный датчик 5 выполнен из материала, обладающего эффектом памяти формы. Известно [5], что в материалах, обладающих эффектом памяти формы, при изменении температуры происходит мартенситное превращение, которое сопровождается изменением ряда физических свойств этого материала. В частности (см. [5], с.20), термоциклирование такого материала, например никелида титана, в интервале температур мартенситного превращения приводит к значительному увеличению электросопротивления. С ростом числа циклов максимальное значение электросопротивления увеличивается более чем в пять раз.
Способ осуществляется следующим образом.
Включают блок питания 2 и через усилитель 3, электрический мост 1 и разъем 4, с помощью показывающего прибора 7 определяют величину электрического сопротивления активного датчика 5, установленного на поверхности детали 6. Затем выключают блок питания, отсоединяют разъем 4 и деталь 6 с активным датчиком 5 вводится в нормальную работу на эксплуатационных режимах. При каждом превышении температуры активного датчика 5 выше температуры мартенситного превращения происходит постепенное увеличение электрического сопротивления активного датчика 5. Периодически деталь 6 выводят из эксплуатации, остужают и производят через разъем 4 подключение активного датчика 5 к электрическому мосту 1. Включают блок питания 2 и через усилитель 3 по показаниям прибора 7 определяют величину электрического сопротивления активного датчика 5. При достижении величины электрического сопротивления критического значения для материала детали 6 по числу теплосмен дальнейшая эксплуатация детали 6 прекращается.
Таким образом, предлагаемый способ определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин, основанный на регистрации значений температур в заданных точках детали, превышающих допустимые температуры, автоматическом суммировании числа теплосмен и сравнении с предельным для данной детали значением числа теплосмен по изменению электрического сопротивления активного датчика, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти формы, например из никелида титана, повышает надежность и упрощает способ определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Салтыков М.А. и др. Исследование и конструктивное обеспечение прочности деталей ЦПГ дизеля при переменности рабочих режимов. «Энергомашиностроение», №12, 1970, с.19-20.
2. Межецкий Г.Д. и др. Увеличение глубины термоусталостных трещин в головках цилиндров дизелей при эксплуатации. «Двигателестроение», №2, 1991, с.35, 36, 41.
3. Гохфельд Д.А. Несущая способность конструкций в условиях теплосмен. М.: Машиностроение, 1970. - с.45-46.
4. Шишкин В.А. Анализ неисправностей и предотвращение повреждений судовых дизелей. М.: Транспорт, 1986. - с.87-92.
5. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении./ А.С.Тихонов, А.П.Герасимов, И.И.Прохорова - М. Машиностроение, 1981, - 80 с.
Способ определения аварийного состояния теплонапряженных деталей машин, включающий установку активного датчика, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти формы, на поверхность детали, определение его электрического сопротивления, периодический вывод детали из эксплуатации, ее остужение и определение величины электрического сопротивления активного датчика, при достижении величины которой критического значения для материала детали дальнейшая эксплуатация детали прекращается.
