Наука и техника

Леонид Поляковский — молодой ученый, кандидат технических наук, старший преподаватель МВТУ имени Н. Э. Баумана.

За внедрение метода измерения износа двигателей в условиях плавания судов ему присуждена премия Ленинского комсомола.

Сейчас Леонид Поляковский в соответствии с программой научного и культурного обмена между СССР и США стажируется в одном из американских университетов.

ОТЧЕГО «ХУДЕЮТ» МЕДЯКИ

Журналисты, которым приходится порой сообщать о достижениях современной науки и техники, любят писать, что наше время — «время искать и удивляться».

Звучит красиво, романтично. Не имея ни малейшего намерения принизить эту возвышенную формулу, я все же должен внести в нее элемент определенного рационализма. Меня как ученого, непосредственно связанного с инженерной практикой, более привлекает такая редакция: «Время искать и удивляться, находить и внедрять».

Увы, поэзия поиска в технике часто оказывается слишком далека от прозы внедрения новой технологии, изобретения, рационализаторского предложения. Почему, гак происходит, я выяснять в данной статье не собираюсь; просто фиксирую факт.

Я и мои коллеги занимаемся «старческой» болезнью техники — износом. Проблема эта древняя; она возникла в тот самый момент, когда наш далекий предок впервые пустил в ход только что изготовленное им кремневое рубило. Изнашивается все, чем мы пользуемся, — разница лишь в сроках, степени и, разумеется, последствиях износа. Свой век имеют и подметка ботинка, и победитовый резец, и хрупкое колесико наручных часов, и цепь деревенского колодца, и лопатки могучих турбин.

Вы поднимаетесь на второй этаж московского «Детского мира» по мраморным ступеням широкой лестницы. Кажется, износа им не будет, а их на самом деле уже несколько раз меняли. Велико ли усилие, с которым вы удерживаете монету? Но от прикосновений миллионов пальцев она стирается, истончается так, что становится невозможным различить корла» и «решку». В Москве, Ленинграде, Киеве, Тбилиси, Баку те же пятаки «худеют» быстрее, чем, скажем, в Вологде, за счет дополнительного износа в автоматах метро.

До определенного предела износ гого или иного изделия нам не мешает, мы продолжаем им пользоваться. Но рано или поздно наступает тот критический момент, когда обувь нужно отдавать в починку, а судно отводить в док для ремонта. В обоих случаях очень важно вовремя поймать этот самый момент. Из-за незамеченной дырки в подошве можно промочить ноги и схватить простуду. В открытом море отказ изношенной машины грозит уже катастрофой.

Словом, сама жизнь с неизбежностью породила важную техническую науку об износе. Как и в любой иной, в ней существует много направлений. Все они связаны с так называемыми износными испытаниями, которые, к сожалению, пока что грешат многими недостатками. Они слишком продолжительны, трудоёмки и малодостоверны.

ПРОСТОЕ, В СУЩНОСТИ, ЯВЛЕНИЕ

Самый процесс испытаний для измерения износа в технике достаточно сложен. Ведь на любую деталь любого механизма в ходе его эксплуатации действуют десятки различных факторов. Чтобы правильно определить долговечность этой детали и всего механизма, нужно точно оценить влияние каждого фактора и в отдельности и в их совокупности. К тому же приходится учитывать, что это влияние при одних условиях может быть положительным, при других — отрицательным.

Редко какой шофер-любитель задумывается над тем, как был подобран тип масла для двигателя его нового автомобиля. А на ото наверняка ушли долгие месяцы. Ученые взяли образец такого двигателя, смоделировали условия его работы и эксплуатации и длительное время проводили испытания его износостойкости. По окончании испытаний все узлы и детали двигателя были разобраны, осмотрены, измерены, взвешены. Полученные результаты дали нужную информацию о качестве выбранного масла или материала.

Как только появляются новые образцы машин, новые технологические, конструкторские или эксплуатационные изменения, такие испытания нужно проводить внсвь. Снова все разбирается, анализируется…

И происходит это из-за простого, в сущности, явления: отделяются и уносятся с трущихся поверхностей частицы материала. С подошвы ботинка — частицы кожи, со стенок механизма — металла.

Это простое явление, однако, таит множество неожиданностей.

Скажем, двигатель может изнашиваться; не работая, — в нем происходит так называемый коррозионный износ; если говорить попросту, он ржавеет. И, наоборот, двигатель может работать, а износа при этом до поры не происходит. Такое имеет место в случае, если созданы условия стабилизации износа.

Установлено также, что двигатель от одного пуска изнашивается в такой же степени, как от пяти — восьми часов работы. Вот почему автомобиль, эксплуатируемый на улицах Москвы, изнашивается в 1,2–1,3 раза больше, чем его собрат, используемый только на шоссе.

А «гигиена» работающей машины! Обычное дело — между двумя трущимися деталями попала частица пыли. Ее острые грани, как лемех плуга, вспахивают борозду на поверхности. Частица врезается в металл (это называется «шаржирование»), раскачивается в нем, словно готовый выпасть молочный зуб, выпадает, вспахивая все новые и новые борозды.

А сколько таких твердых частиц поднимается в воздух, шаржируя и человеческие легкие и детали машины, когда грохочет по улице весь в клубах белой пыли самосвал с цементом!

Ученые установили общие закономерности износа двух трущихся поверхностей — мы их называем «парой». Любая вновь собранная пара прирабатывается («притирается» — это выражение распространено не только в технике) с повышенным темпом износа, но затем износ устанавливается на постоянном уровне — стабилизируется. Процесс стабилизации длится значительное время до наступления критического износа.

Я уже упоминал, что на темпы изнашивания по-разному влияют разные факторы. В процессе двигательных испытаний изучаемый фактор может уменьшить свое воздействие, «вылезет» же воздействие другого, не изучаемого в данное время. Это плохо, так как достоверность информации по фактору, из - за которого и затевались испытания, резко уменьшается. Вот почему так важно, чтобы износостойкие испытания были экспрессными. Старые методы этому требованию не отвечали. На смену им неизбежно должны были прийти и пришли новые — с псмощью радиоактивных изотопов и ионизационных излучений.

КАК ЭТО ДЕЛАЕТСЯ

Примерно так. Трущиеся поверхности активируют — в них вкрапливают радиоактивные изотопы. По мере работы двигателя изотопы отделяются от детали вместе с продуктами износа.

Попадая в масляную систему, изотопы увеличивают её радиоактивность. Теперь достаточно включить радиометрический прибор, определить степень увеличения уровня активности в системе и на основе полученной информации рассчитать скорость износа.

При этом двигатель не нужно ни разбирать, ни даже останавливать! Сразу отпадает такая чрезвычайно дорогостоящая вещь, как излишний простой судна. Продолжительность испытаний сокращается в 10–15 раз, экономический же эффект возрастает в 20–25 раз!

Схема, однако, есть схема. В действительности все, конечно, обстоит сложнее. Если мы хотим судить о темпах износа по увеличению уровня радиоактивности, то обязаны предусмотреть средства защиты персонала от излучения. Следовательно, требуются специально оснащенные лаборатории.

При исследовании износа в условиях стендовых испытаний применение изотопов позволило решить важные, уникальные задачи повышения ресурса машин и хмеханизмов. Казалось бы, все хорошо. Но…

Ох, уж эти «но». Дело в том, что результаты стендовых испытаний (как бы добросовестно они ни проводились) требуют проверки и подтверждения в практике реальной эксплуатации машины. К тому же у эксплуатационников возникают и собственные задачи, которые в дистиллированных условиях стенда решить просто невозможно.

В Директивах XXIV съезда КПСС названа конкретная цифра — увеличить ресурс двигателей не менее чем в 1,5 раза. Решить эту задачу огромной важности для всего народного хозяйства должны не только работники промышленности, изготавливающей двигатели, но и эксплуатационники.

ЗНАЧИТ, НЕ НА СТЕНДЕ

Читатель уже догадался, конечно, что использование радиоактивных изотопов требует и создания средств надежной защиты персонала.

Это ограничивает применение нового метода лишь на стенде. Так вот: это ограничение больше не существует. В МВТУ имени Баумана под руководством профессора Владимира Ивановича Постникова разработан и внедрен новый метод поверхностной, то есть неглубокой, активации металла, при этом применяется ничтожно малая активность, не превышающая активности светящегося циферблата часов.

Это значит, что родилось новое направление, позволяющее измерять износ двигателя (и, следовательно, увеличивать соответствующими мерами его долговечность) без разборки и остановки в любых условиях.

В 1968 году рыболовно-морозильный траулер «Салгир» совершил плавание из Севастополя до порта Уоллфиш-Бей протяженностью 7 500 миль, то есть почти 14 тысяч километров. Все время плавания двигатель работал на винт под непрерывным контролем износа методом поверхностной активации.

Целью этого эксперимента было выявить и оценить влияние условий реального плавания (при этом успешно вылавливалась и морозилась вполне реальная рыба) на износ двигателя.

В ПЛАВУЧЕЙ ЛАБОРАТОРИИ

Писать о морских приключениях, штормах и прочей романтике я не буду. Ограничусь, как этого требует тема статьи, нашим успешным экспериментом, проведенным впервые на борту судна, находящегося в дальнем плавании.

…Двигатели собраны, приборы проверены, начальные измерения сделаны. Проходит некоторое время.

Судно ещё на приколе, двигатель молчит, в вахтенном журнале в графе «Отработанные часы» красуется «О», а приборы фиксируют… износ в один микрон!

Первая загадка. В чем дело? Все тщательно проверяем, ищем возможные ошибки — и ничего не находим. Впадаем в легкую панику. За обедом в кают-компании старший механик (по-флотски «дед») Николай Александров вдруг, между прочим, спрашивает второго механика, отвечающего за главные дизели:

— Валы отцентрованы?

— Да.

— Долго пробуксовали?

— Оборотов двадцать.

Я так и подскочил: неужели эти сделанные вручную, без пуска, обороты и дали микронный износ, уловленный нашими приборами? Вмешиваюсь в разговор (хотя делать этого и не положено):

— На каком двигателе пробуксовали?

— Да на твоем, радиоактивном, — последовал ответ.

Так оно и есть! Мне уже не до компота. В тот же день я уже сам для проверки сделал вручную ещё двадцать пробуксовок. Приборы показали, что износ увеличился еще на 0,5 микрона. Снова орудую двухдюймовой трубой-буксовкой, как рычагом. Два, раз! Два, раз! До чего же тяжело! (И как это у ребят всё так легко получается!) Отсчитываю двадцать оборотов. Поршень в нижней мертвой точке. Замеряю износ — без изменений. Еще двадцать оборотов — результат тот же.

Значит, в методику нужно вносить поправку: учитывать количество пробуксовок перед пуском.

Мои действия, конечно, не остаются незамеченными — на судне всё на виду. Подходят заинтересованные механики, мотористы. Все включаются в обсуждение проблемы, высказываются и по поводу возможного влияния радиоактивности на здоровье. Третий механик, ухмыляясь, говорит второму:

— Он (он — это я) уже сотый оборот вручную делает. Так и без пуска уплыть можно.

Присутствие радиоактивности на судпе вызвало много толков. Но в целом, как я заметил, моряки преодолевают «психологический барьер радиоактивности» без особых волнений. Общее резюме было примерно таким: «Нам-то она, радиоактивность, ни к чему, но если для флота надо, — сделаем».

Для начала же радиоактивность даже помогла… сдаче корабля морскому регистру.

Пришел какой-то въедливый в форме моряка, но видно, что давно не моряк. Вопросы все ставит какие-то несущественные. Долго так продолжалось, пока кто-то не сказал, что один двигатель — радиоактивный. На сем всё и закончилось: перепуганный представитель регистра, тут же подписав приёмку машинного отделения, немедленно переместился на верхнюю палубу.

…Начались швартовые испытания: пуск двигателя — износ. Шаг за шагом мы изучали характер двигателя. Я не преувеличиваю и не одухотворяю машину, но это факт: каждый двигатель, хоть он и серийный, имеет свой, неповторимый характер, что чрезвычайно сказывается на его поведении вообще и на износе в частности. (Наш двигатель особенно бурно проявлял свою «индивидуальность», когда судно попало в шторм у Канарских островов, а также в Гвинейском заливе, когда началось траление. Износ его от дополнительных нагрузок резко возрос и не смог стабилизироваться даже спустя несколько суток. Причина, как оказалось, была в загрязнении масла. Доложил старшему механику — на 721-м часу работы тот принял решение сменить масло, хотя по инструкции, составленной в расчете на несуществующий в природе некий «средний» серийный двигатель, это полагается делать через 1 000 часов. Внести столь существенную поправку вынудили индивидуальные особенности именно нашего двигателя, выявленные в ходе непрерывного контроля за его работой.)

Через сутки цилиндры приработались, скорость износа упала. Добавили нагрузку — скорость износа возросла на некоторое время и вновь угасла.

Приступаем к ходовым испытаниям. Нагрузка становится все выше и выше, а скорость износа удерживается на одном уровне. Успеваю только фиксировать результаты. Анализировать некогда — не останавливать же судно для обработки информации!

Только решил эту головоломку, предстает новая: появился улов, и для сохранения рыбы на судне включили все холодильники. Напряжение в сети, естественно, упало… Словом, скучать не приходится до самого окончания плавания.

Так рождалась техника измерений износа двигателей в условиях плавания судов с использованием метода В. И. Постникова.

СТО ТЫСЯЧ «КАК» И «ПОЧЕМУ»

Фод руководством профессора Постникова я начал работать ещё студентом пятого курса МВТУ. Уже тогда он начал создавать диагностику деталей с помощью изотопов. Мне для начала было поручено ознакомиться с соответствующей отечественной и зарубежной литературой.

Хожу по библиотекам, изучаю по литературным источникам особенности износа деталей дизелей.

Сложилась традиция: все существовавшие ранее и существующие ныне методы начинают свой путь, опробуются на двигателях внутреннего сгорания.

Считается так: если здесь они выдержат, стало быть, можно их применять и на других машинах и механизмах.

После защиты диплома меня направили работать в Московское управление «Дизельреммонтаж». «Какая уж тут наука?» — подумал я. Месяца через два начальник управления И. И. Гулевский и главный инженер А. И. Шитиков вызывают меня.

— Получай ключи, напильники, спецовку, командировку и поезжай на китобойную флотилию «Слава» ремонтировать дизели.

— Ладно, — отвечаю, — поеду. Только при одном условии — не мастером, а слесарем.

Заявление мое было вызвано не блажью и не кокетством. Просто за эти два месяца я понял, что до настоящего инженера-механика мне еще далеко, хотя я закончил Бауманское, где, как известно, студентов не только на лекциях учат. Ну, а людьми руководить — этому вообще научишься не в институте.

В бригаде, куда меня вначале назначили, работали специалисты первоклассные. Единственное импонировало им во мне, что я был мастером спорта по боксу, к тому же — в полутяжелом весе. Но мастер в спорте еще не мастер на производстве. И я решил временно (это самое «временно» длилось два года) поработать слесарем — с полного одобрения рабочих моей бригады, с которыми я все же, невзирая на всю мою малокомпетентность, успел сдружиться.

Начальство подивилось, но в конце концов с мотивами моими согласилось. Первая моя командировка длилась почти полгода. Последующие также были достаточно продолжительными.

Как сейчас помню, бригадир дал мне для начала самую грязную работу — чистить выхлопной коллектор и картер. В полном соответствии с моей квалификацией слесаря 4-го разряда. («Демобилизовался» я, кстати, из слесарей, имея уже 6-й разряд.)

С коллектором я покончил довольно быстро. Потом залез по пояс в картер и долго осматривал его стенки и стойки, покрытые коксом с застрявшими в нем частицами металла. Удивился: ведь у двигателя есть фильтры и грубой и тонкой очистки, — как же эта дрянь сюда попала?

Промыл картер, потом добрался и до коленчатого вала, чтобы по указанию бригадира оформить на ремонт. После измерений выяснилось, что износ вала — в допустимых пределах.

— Зачем же его шлифовать, тем более шкурками? — спрашиваю бригадира. — Он же не изношен.

— Хиба я знаю? — отвечает. — Нехай шлифуют, тебе що?

Выясняю. Оказывается, дизели ремонтируют по плану, а не по необходимости, потому что момента, когда ремонт действительно неизбежен, никто определить не может.

Надо не надо, но двигатель по плану, взятому, в сущности, с потолка, разбирают и шлифуют. При этом в систему, минуя фильтры, попадают мелкие и крупные абразивные частицы. Новая сборка дает новые перекосы, требуется новая притирка. Все это ведет к значительному износу и, естественно, связано с простоем и значительными потерями труда и времени.

Вот тогда-то и задумался я всерьёз над тем, как узнать время начала критического износа, чтобы двигатель ставить на ремонт именно тогда, когда он в этом ремонте действительно нуждается. В последующие два года работы слесарем, а затем бригадиром-шеф-монтёром возникло еще больше всевозможных «как», «почему» и «зачем».

Однажды в Москве я встретил на улице В. И. Постникова. Он расспросил о работе и предложил вернуться к моей старой теме, которая теперь интересовала меня уже не только теоретически, а, можно сказать, кровно.

Так я вернулся в МВТУ имени Баумана — на сей раз в качестве преподавателя и научного сотрудника.

Здесь через несколько лет работы в серьёзном и сплоченном коллективе я стал кандидатом технических наук. Здесь же в 1971 году мне была присуждена премия Ленинского комсомола за внедрение метода измерения износа двигателей в условиях эксплуатации судов.

Сейчас на теплоходе «А. С. Попов» действует установка с программным заданием, автоматически контролирующая износ двигателя. Информация непосредственно подается на пульт старшего механика теплохода Михаила Карповича Сыромятникова.

В настоящее время мы разрабатываем схемы контроля износа ответственных деталей машин и механизмов с дистанционной передачей информации об износе. Интересное направление использования метода непрерывного контроля износа подсказал нам профессор Виталий Иванович Крутов.

Как бы ни использовался новый метод, в любом случае речь идет об активном, научно обоснованном контроле, то есть управлении износом. Возможности здесь скрыты огромные. Достаточно сказать, что одна лишь своевременная замена масла увеличивает ресурс того же дизеля на 5–6 процентов.

Возможно, в недалеком будущем продолжительность работы космических станций будет оцениваться по износу её ответственных деталей, и команда на вывод станции с орбиты будет подаваться после обработки измерений, осуществленных методом непрерывного контроля.

Поживем, поищем, поудивляемся — и непременно внедрим…