CC BY
19
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 4 (76)
РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В
УДК 621.436:526
В. Л. ГОРОБЕЦЬ1, В. В. КОВАЛЕНКО2*
'Каф. «Безпека життедшльносл», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту 1мен1 академь ка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншро, Укра!на, 49010, тел. +38 (056) 793 19 08, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-6537-7461
2*Каф. «Безпека життедшльносп», Днiпропетровський нацiональний унiверситет затзничного транспорту iменi академь ка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншро, Укра!на, 49010, тел. +38 (050) 489 07 72, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-1196-7730
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПРИЧИН ПЕРЕДЧАСНОГО РУЙНУВАННЯ КОЛ1НЧАСТОГО ВАЛА ТЕПЛОВОЗА 2ТЕ116
Мета. Робота спрямована на виявлення причин передчасного руйнування колшчастого вала дизеля тепловоза 2ТЕ116. Методика. Застосоваш макроструктурний, фрактографiчний, аналгтичний аналiзи. Вони дозволили виявити причини передчасного руйнування вала. Результати. У цш робот предметом досль дження е не тiльки структурний стан та властивосп матерiалу вала, а й хiмiчнi властивостi навколишнього середовища, робочо! рiдини та стан робочо! документаци з експлуатацп означеного тепловоза. Проведет дослщження показали: 1) неввдповвдшсть ударно! в'язкостi матерiалу колiнчастого вала вимогам ввдповщ-ного стандарту; 2) наявшсть у хiмiчному складi мастила б№ше нiж на 17 % дизельного палива, що значно тдвищуе коефiцiент тертя в робочому механiзмi за рахунок утворення нагару, дмнок зчеплень та ттинго-во! корози металу; 3) вирванi сторiнки робочого журналу доводять, що експлуатацiйнi служби намагалися приховати неналежне використання та догляд за робочими мехашзмами дизеля тепловоза 2ТЕ116. Наукова новизна. У робот застосовано комплексний аналiтичний i технiчний пвдхвд до виявлення причин передчасного руйнування колiнчастого вала тепловоза 2ТЕ116. Оцiнено максимальну кiлькiсть факторiв, як1 могли вплинути на передчасне руйнування колiнчастого вала. Показано, що сукупшсть факторiв, як1 негативно вплинули на експлуатацiйнi характеристики колiнчастого вала, досягла так звано! «критично! маси», що неминуче викликало руйнування. Упровадження додаткових факторiв сигналiзацi! (о^м шумового фактора у процесi робот дизеля з мастилом, засмiченим б№ш нiж на 17 % дизельним паливом) та контролю неспра-вностей у робоп подiбних великих мехашчних агрегатiв дозволить додатково дисциплiнувати машишслв i слюсарiв шд час виконання шструкцш для попередження руйнування конструкцш локомотивiв. Практична значимiсть. Дослiдження подтвердили важливiсть контролю за хiмiчним складом i мехашчни-ми характеристиками вщповщальних деталей i конструкцiй рухомого складу. Доведено необхщшсть перю-дичного контролю хiмiчного складу мастила. Нагляд за акуратним ведениям робочого журналу може попе-редити руйнування конструкцiй рухомого складу, яш мають високу варпсть.
Ключовi слова: дизель; тепловоз 2ТЕ116; мастило; передчасне руйнування; колiнчастий вал; мехашчш характеристики
Вступ
Для проведення дослщжень 1мов1рно! причини зламу колшчастого вала дизеля Д49 тепловоза 2ТЕ116, на шдстав1 металограф1чно! ек-спертизи зразюв вала колшчастого Д49, фрак-тограф1чно! оцшки зламу, анал1зу х1м1чного складу матер1алу, дослщжень вщпрацьованого
масла та мехашчних випробувань металу, на-даних ПрАТ «Дшпропетровський тепловозоре-монтний завод», використано теоретичш оцш-ки результат1в випробувань, техшчш вщм1тки в робочому журнал1 експлуатацп тепловоза 2ТЕ116, розроблено рекомендацп з подальшо! експлуатацп колшчастих вал1в дизельних дви-гушв Д49.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 4 (76)
Мета
Робота спрямована на виявлення причин пе-редчасного руйнування колшчастого вала дизеля Д49, якост матерiалу та умов експлуатаци.
Об'ектом дослiдження е вал № 01-354 дизеля типу Д49, виготовлений 30.05.91, i встанов-лений на локомотив 2ТЕ116 № 969, фотокопи сторшок робочого журналу тепловоза 2ТЕ116, звщ наданий ПрАТ «ДТРЗ», про металографiч-нi та механiчнi випробування металу шийки зламаного колiнчастого вала, хiмiчний аналiз мастила М-14Г2. Проб^ тепловоза з цим валом тсля капiтального ремонту склав 56 735 км (лист ПрАТ «ДТРЗ» вщ 24.04.2017, вих. № 15-01/221).
Методика
У робот застосовано макроскопiчнi, фрак-тографiчнi методи дослiдження структури злому, анал^ичш дослiдження робочо! документации хiмiчнi дослiдження складу мастила дизеля.
Результати
Колiнчастий вал належить до числа най-бiльш напружених i дорогих деталей двигуна. Його вартють складае 30 % вщ вартостi всього двигуна.
У процесi роботи двигуна колiнчастий вал навантажуеться силами тиску газiв, а також силами шерцп деталей, що рухаються зворотно-поступально та обертаються. Ц сили виклика-ють значнi напруження кручення, вигину й обертальнi коливання, внаслiдок чого шийки вала зазнають змiнного навантаження, яке ви-кликае значну роботу тертя i знос шийок. Тому колiнчастий вал повинен мати високу мщшсть, жорсткiсть i зносостiйкiсть поверхонь, якi труться при вщносно невеликiй масi, що складае не бшьше 15 % маси двигуна. Колiнчастий вал може бути виготовлений з яюсно! леговано! сталi куванням або штампуванням, а також литтям.
Колiнчастий вал тепловозного дизеля типу Д49 мае 10 кореневих i 8 шатунних шийок, що розташоваш пiд кутом 90° одна до одно!. Мiж 9-ю i 10-ю кореневими шийками встановлюеть-ся шестерня приводу газорозподiльного мехаш-зму дизеля. До щiк вала за допомогою шпильок i гайок кршляться противаги. Отвори корене-
вих шийок з'еднанi каналами з шатунними шийками, по яких подаеться мастило. Дев'ята коренева шийка мае упорнi бурти, що захища-ють колiнчастий вал вiд перемщення. Вiд тем-пературних навантажень колшчастий вал може видовжуватися вiд 9-! коренево! шийки до першо!. Фланець вщбору мiцностi з'еднуеться пластинчатою муфтою з тяговим генератором; до фланця з протилежно! сторони кршиться комбшований антивiбратор.
В умовах експлуатаци висок знако-змiннi навантаження вiд вигину й обертальних коли-вань можуть призвести до руйнування вала. Цьому також сприяють дефекти, як часто ви-никають пiд час виготовлення вала (литтям або в процес мехашчно! обробки). Пiдвищенi ме-ханiчнi напруження вала можуть з'являтися в результат порушення його врiвноваженостi, а також у разi неправильного регулювання ан-тивiбратора або зносу його вантажв i пальцiв. Стирання шийки вала може виникнути внасл> док попршення подачi на И поверхню мастила, його розрщження через потрапляння в нього дизельного палива (у нашому випадку близько 17 % вщ об'ему мастила). У разi неправильно! укладки вала в постелi блока або неправильного його центрування з валом тягового генератора виникае пружний вигин вала. У результат неправильного шлiфування кореневих шийок пiд час ремонту, а також вщ ди напружень мо-же виникнути залишковий вигин.
Основними несправностями колiнчастих ва-лiв е: наднормативне зношування шийок; тр> щини i злами; викришування, корозiя i знос ба-б™во! заливки вкладишiв; зношування вкла-дишiв i втрата торцевого натягу; трщини кри-шок кореневих пiдшипникiв [1-2, 4-7,10-11,13, 14].
Виготовлення поковок iз леговано! стал для валiв дизельних двигушв за державними стандартами вимагае контролю якост i механiчних характеристик заготовок i готових виробiв на вшх стадiях виробництва:
- контроль металургшно! якостi поковок для виробництва валiв;
- контроль макро- та мшроструктури мета-
лу;
- контроль мехашчних властивостей металу готового продукту на вщповщшсть норматив-ним документам [3, 8, 9].
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дшпропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 4 (76)
Рис. 1. Колiнчастий вал дизеля 1А-5Д49: 1 - arnHBiGpaTop; 2 - шестерня; 3 - сухар; 4 - пакет пластин; 5, 6 - диски дизель-генераторно! муфти; 7 - напрямт кшьця; а - кopiннa шийка; б - шатунна шийка; в - шдчка; г - противаги
Fig. 1. The crankshaft of diesel 1A-5D49: 1 - impulse neutralizes 2 - gear; 3 - collet; 4 - wafer pack;
5, 6 - diesel-generator coupling disks; 7 - guiding rings; a - main journal; b - crank pin; c - cheek; g - counterweights
Загальний вигляд дизеля Д49 представлено на рис. 2.
Рис. 2. Загальний вигляд дизеля Д49
Fig. 2. General view of diesel D49
Результата визначення xÍMÍ4Horo складу ма-Tepiany вала i хiмiчний склад стаи DIN 30CrMoV9, наданий ПрАТ «ДТРЗ», що нормуеться за стандартами Евросоюзу, наведет в табл. 1.
Результати випробувань мехашчних власти-востей мaтepiaлy, проведених в ЦЗЛ (центральны заводськш лабораторп), aкpeдитовaнiй лабораторп ДП «Завод ím. В. О. Малишева» м. Харюв, i мехашчш властивост CTani DIN 30CrMoV9 вщповщно до вимог стандарту Евросоюзу, наведет в табл. 2.
Таблиця 1 Table 1
Х1м1чний склад кол1нчастого вала фактичний та за вимогами стандарт1в
Chemical composition of the crankshaft, the actual one and according to the requirements of the standards
Вмют елементв % машвий
Зразки C Mn Si Cr Ni Р S Mo V
експериме-нтальний 0,3 4 0,46 0,37 2,60 0,38 0,015 0,013 0,19 0,12
зpазoк
[N EN 10083-2 (2006), [N17200(1987)
0,26 - 0,34 0,40- 0,70 < 0,40 2,30 - 2,70 < 0,60 < 0,035 < 0,035 0,15- 0,25 0,10 - 0,20
DD
Таблиця 2 Table 2
Мехашчш характеристики сталi колшчастого вала фактичш та за вимогами стандар^в
The mechanical characteristics of the crankshaft steel, the actual ones and according to the requirements of the standards
Умoвн. № зраз. Об, МПа 00,2, МПа S, % ф, % KCU, кгсм/с м2
01 764,4 627,2 20,0 64,0 16,9
02 774,2 637,0 20,0 64,0 16,0
DIN EN 10083-2 (2006), DIN17200(1987) 017 - 40 мм 980 -1180 785 > 11 > 45 > 41,0
Твердють матеpiалy вала, щo зазнав за шр-мативнoю теxнiчнoю дoкyментацieю такoï тер-мiчнoï oбpoбки: вiдпалювання за температури 680-720 ос, шрмаизацш за температури 880-920 ос, гартування в мастии за температури 860-900 ос, вщпускання за температури 540-580 ос, визначена ш всьoмy пеpеpiзy надь сланoï шийки i складае 235-241 НВ за максима© В. Л. Гopoбець, В. В. Koваленкo, 2018
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2018, № 4 (76)
льно1 твердост1, визначено1 стандартом, DIN EN 10083-2 (2006), DIN17200 (1987) -248 НВ [8-9].
Твердють, що визначена на р1зних дшянках поверхш по всьому колу шийки, складае 407-494 HV, 603-857 HV, 286-396 HV. Вщзна-чаеться, що шд час зам1р1в твердост за методом Вшкерса на поверхш шийки частина вщбиттав «провалювала», а частина вщбитюв «розтрюкувала» поверхню.
Мшроструктура матер1алу вала як на поверхш, так i далеко вщ не! однакова i представ-ляе собою сорб^ iз дуже незначною кiлькiстю фериту.
За макро- i мшроструктурою азотований шар на поверхш дано! шийки не виявлений через шдвищений знос поверхнi. Пщ час до-слiдження мiкроструктури встановлено, що процес зношування i наклепування робочо! по-верхнi шийки колшчастого вала супровод-жувався значними структурними змшами. У зонi глибиною до 0,2-0,3 мм вщ зовнiшньоï поверхш вала за анашзом мiкроструктури вияв-лено поверхневий шар зi слщами перегрiву, зношування, руйнування, схоплювання та течи металу, налипання i проникнення в матерiал вала робочого шару вкладишiв, початковi мiкротрiщини.
На поверхш шийки вала виявлеш по-товщення границь зерен металу, що свщчить про перегрiв поверхневого шару. Руйнування поверхневого шару починаеться iз трщин по границях зерен i призводить до викришування. У цих структурних зонах виникли початковi дiлянки втомного руйнування.
Метал шийки колшчастого вала, за макроструктурою протравлених темплепв, щшьний. Ознак усадочних раковин, розшарування, фло-кенiв, трiщин, скупчення неметалiчних вклю-чень (засмiчень) не спостерiгаеться.
«Свiжий» злам матерiалу вала дрiбнозерни-стий, без наявносп кам'янистостi та рiзко ви-раженоï шаруватостi.
Параметри шорсткосп робочоï поверхнi шийки колiнчастого вала - Ra 3,6, що вщповщае 5-му класу.
Хiмiчний аналiз мастила М-14Г2, яке було застосовано для роботи дизеля, показав на-явшсть забруднення продуктами зносу шдшип-никiв або ïx корозiï (табл. 3).
Ta6nH^ 3 Table 3
Bmïct y MacTH^i M-14r2 npogyKTiB 3HOcy Ta Kopoîiï
The content of wear and corrosion products in the lubrication M-14G2
XiHiHnm елемент OflHHma BHMiproBaHH« Показник
Fe mg/kg 4
Cr mg/kg 1
Sn mg/kg 3
Al mg/kg 3
Ni mg/kg 0
Cu mg/kg 17
Pb mg/kg 15
Mn mg/kg 1
1ндекс PQ 35
Найбшьша кшьюсть елеменпв видалена з бабiтових пiдшипникiв та сталi колiнчастого вала (Fe, Cu, Pb).
Спостерiгаeться забруднення мастила най-бiльш небезпечною кiлькiстю дизельного пали-ва > 17 %, якого 30BCÎM не мае бути у складi мастила (табл. 4).
Таблиця 4 Table 4
Забруднення у складi мастила М-14Г2 Contamination in content of lubrication M-14G2
Речовина Одиниця вимiру Показник
Si mg/kg 10
K mg/kg 2
Na mg/kg 11
Li mg/kg 3
Вода % < 0.10
IR гаколь - негативна
Дизельне паливо % 17,01
Бюдизельне паливо % 0,30
Вмют саж1 % 1,1
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету зашзничного транспорту, 2018, N° 4 (76)
Зпдно з дослщженнями авторiв [1-2, 4-7, 1016], змащувальнi властивост мастила, а також його забруднешсть значно впливае на ефек-тивнють та безаварiйнiсть роботи дизеля.
Анатз наданоï для експертизи iнформацiï показуе, що в якост причини руйнування вала
а — a
дизеля тепловоза 2ТЕ116 N 969 може розгля-датися втомне руйнування внаслщок попе-реднього руйнування частини шатунного вкла-диша вщповщно1" позицп.
Характерш фрагменти поверxнi руйнування наведено на рис. 3.
б — b
1 - зона локального терм1чного впливу; 2 - маслопроввдний канал; 3 - дшянка послщовного втомного руйнування в1д м1сця
4 б1ля маслопров1дного каналу;
5 - зони швидкого доламу вала
1 - zone of local thermal influence; 2 - oil passage; 3 - a section of consecutive fatigue fracture from the place 4 near the oil passage; 5 - section of auick shaft break
1 - трiщиноподiбний дефект; 2 - область послвдовного втомного руйнування металу вала; 3 - зони долому вала
1 - crack-like defect; 2 - section of consecutive fatigue destruction of the crankshaft metal; 3 - crankshaft break section
1 - трiщиноподiбний дефект iз фрагментом крихкого руйнування
1 - crack-like defect with the brittle fracture fragment
Рис. 3. Характерш фрагменти поверхш руйнування колiнчастого вала
Fig. 3. Typical fragments of the crankshaft destruction surface
З огляду на вщсутшсть дефекпв металу ня, розташований перпендикулярно до основно-за даними техшчного зв^у, наданого ПрАТ го напрямку втомного руйнування 2 (рис. 2, б). «ДТРЗ», трiщиноподiбний дефект 1 (рис. 2, в), Трiщиноподiбний дефект 1 (рис. 2, в) який мае невелику д^нку крихкого руйнуван- з дшянкою крихкого руйнування ми з'явитися
в — c
Наука та прогрес транспорту. В1сник Дшпропетровського нац1онального ушверситету зал1зничного транспорту, 2018, № 4 (76)
в умовах знижено1 ударно1 в язкост внасл1док сер1! ударних навантажень п1сля часткового руйнування шатунного вкладиша. Тод1 концентратор напружень, що обов'язково виникае в перенапружен1й зон1 м1ж дефектом та масло-пров1дним каналом 2 (рис. 2, а), стае джерелом розповсюдження втомно! тр1щини. При цьому фрагменти зруйнованого вкладиша циркулюва-ли певний час у систем1 змащення (рис. 4).
Сл1д в1дзначити, що в процес1 роботи дизельного двигуна з пошкодженим поршневим вкладишем обов'язково виникають удари, п1д час ф1ксац11 яких дизель мав бути негайно зу-пинений.
Ураховуючи викладене, найб1льш в1рог1дною причиною руйнування кол1нчастого вала можна вважати пошкодження та руйнування шатунного вкладиша тепловоза 2ТЕ116 № 969 з наступним втомним руйнуванням самого вала.
Рис. 4. Фрагмента зруйнованого вкладиша на сггщ грубо! очистки дизеля
Fig. 4. Fragments of the destroyed thrust bearing on the primary refining grid of the diesel
Руйнуванню та розплавлянню шатунного вкладиша сприяло зниження змащувальних властивостей дизельного мастила за рахунок високо! концентрацп в ньому дизельного пали-ва.
Для попередження руйнування вкладиша та кол1нчастого вала загалом на ранн1х етапах фо-рмування тр1щин автори пропонують ввести додаткову систему сигнал1зац11 та контролю за виявленням пошкоджень шляхом 1дентиф1кац11 нагр1ву агрегата або його складових частин до температури, вищо! за визначену критичну температуру для дано! д1лянки.
Наукова новизна та практична значимкть
Науковою новизною дано! роботи е пропо-зицiя впровадження додаткових сигнальних та контрольних систем для попередження руйнування локомотива на раншх стадiях розвитку несправностей, внесення вимог додаткового технiчного огляду системи попередження руйнування дизелiв локомотивiв. Проведенi досл> дження дозволяють рекомендувати:
1. Неухильно дотримуватися техшчних вимог щодо експлуатацi! дизеля Д49.
2. У регламенты роботи з техшчного дiагно-стування тягового рухомого складу для продо-вження строку його експлуатацi! [3, 5] одноразово внести додатковi роботи з дiагностування температурного стану дизелiв на перегрiвання шляхом контролю стану зразюв легкоплавких сплавiв, розташованих на доступних для огляду деталях конструкци дизелю. Указаш заходи допоможуть попередити передчасний вихщ iз ладу дизельних двигушв тепловозiв.
Висновки
Проведенi дослщження дозволяють зробити наступнi висновки:
1. Концентращя палива в мастилi колшчастого вала значно шдвищена, у зв'язку з чим знижена в'язюсть мастила та його змащувальнi властивосп.
2. Виплавляння бабiтового шару та руйнування вкладишiв, елементи яких частково були вимит мастилом, сталося за рахунок пiдви-щення температури у вузлах тертя дизеля.
3. Викришуваш та частково виплавленi вкладишi забезпечили биття та додаткове тертя у вузлах дизеля, що також сприяло шдвищенню температури i збшьшувало навантаження вала.
4. Структурна неоднорщшсть колшчастого вала обумовила низью характеристики матерiа-лу пiд час випробувань на ударну в'язюсть.
5. Ускладнення умов роботи колшчастого вала разом з структурною неоднорщшстю ма-терiалу викликало первинш трiщини та подальше втомне руйнування.
6. Основною причиною руйнування металу вала е переев у роботi дизеля, спричинений наявнiстю бiльше нiж 17 % палива в мастила
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 4 (76)
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Клименко, О. М. Оптимiзацiя технiко-економiчних показнишв автомобiльного дизеля з використанням функцп бажаностi Харiнггона / О. М. Клименко, В. О. Пильов, I. М. Шульга // Вiсник Нац. техн. ун-ту «ХП1» : зб. наук. пр. Темат. вип. : Транспортне машинобудування. - Харкiв, 2015. - № 43 (1152). -С. 30-32.
2. Пожидаев, I. Г. Проектування ПНВТ для акумуляторно! паливно! системи малолiтражного дизеля на базi паливного насоса двигуна 2ДТ / I. Г. Пожидаев, А. О. Прохоренко // Вюник НТУ «ХПЪ>. Серiя: Транспортне машинобудування : зб. наук. пр. - Харшв, 2014. - № 14 (1057). - С. 89-95.
3. Положення про планово-попереджувальну систему ремонту i техшчного обслуговування тягового ру-хомого складу (електровозiв, тепловозiв, електро та дизель-по1здв) : Наказ М-ва трансп. та зв'язку Украши ввд 30.06.2010 р. № 093. - Кшв : Укрзалiзниця, 2010. - 25 с.
4. Розвиток методiв змщнення найбiльш навантажених деталей - шлях до шдвищення технiчних i такти-ко-технiчних характеристик машин / М. А. Ткачук, С. О. Кравченко, В. В. Шпаковський, М. Л. Белов, О. I. Шейко, В. I. Демиденко // Вiсник Нац. техн. ун-ту «ХШ». Серiя: Транспортне машинобудування : зб. наук. пр. - Харшв, 2015. - № 43 (1152). - С. 116-122.
5. Тепловозные дизели типа Д49 / Е. А. Никитин, В. М. Ширяев, В. Г. Быков [и др.] ; под ред. Е. А. Никитина. - Москва : Транспорт, 1982. - 255 с.
6. Триньов, О. В. Перспективи полшшення теплового стану деталей клапанного вузла дизеля з використанням локального охолодження / О. В. Триньов, В. Г. Панчошний // Вюн. Нац. техн. ун-ту «ХШ». Серiя: Транспортне машинобудування : зб. наук. пр. - Харшв, 2015. - № 43 (1152). - С. 144-150.
7. Azadi, M. Corrosion Failure Study in an Oil Cooler Heat Exchanger in Marine Diesel Engine / M. Azadi, M. Azadi // International Journal of Engineering. - 2016. - Vol. 29. - Iss. 11. - P. 1604-1611. doi: 10.5829/idosi.ije.2016.29.11b. 15
8. BS EN 10250-3:2000. Open die steel forgings for general engineering purposes. Part 3: Alloy special steels Brussels. - London, 1999. - 16 р.
9. DIN EN 10083-2. Steels for quenching and tempering. Part 3: Technical delivery conditions for alloy steels. -Berlin, 2006. - 58 p.
10. Froelund, K. Lubricating Oil Consumption Measurements on an EMD 16-645E Locomotive Diesel Engine / Kent Froelund, Steve Fritz, Brian Smith // Design, Application, Performance and Emissions of Modern Internal Combustion Engine Systems and Components : Conference Paper (Salzburg, Austria, May 11-13, 2003). - Salzburg, 2003. - P. 361-368. doi: 10.1115/ices2003-0549
11. Multibody Dynamics Model of a Diesel Engine and Timing Gear Train with Experimental Validation / A. D. Foltz, T. M. Wasfy, Erik Ostergaard, Ilya Piraner // ASME 2016 International Mechanical Engineering Congress and Exposition (Phoenix, Arizona, USA, November 11-17, 2016). - Phoenix, 2016. - Vol. 4B : Dynamics, Vibration, and Control. - P. 4-22. doi: 10.1115/imece2016-65900
12. Priebsch, H. H. Simulation of the Oil Film Behaviour in Elastic Engine Bearings Considering Pressure and Temperature Dependent Oil Viscosity / H. H. Priebsch, J. Krasser // Tribology Series. - 1997. - Vol. 32. -P. 651-659. doi: 10.1016/S0167-8922(08)70490-5
13. Sequera, A. J. Effects of fuel injection timing in the combustion of biofuels in a diesel engine at partial loads / A. J. Sequera, R. N. Parthasarathy, S. R. Gollahall // Journal of Energy Resources Technology. - 2011. -Vol. 133. - Iss. 2. doi: 10.1115/1.4003808
14. Sevast'yanov, S. I. Adsorption and corrosion activity of diesel oils / S. I. Sevast'yanov // Soviet Materials Science. - 1968. - Vol. 3. - Iss. 6. - P. 493-497. doi: 10.1007/bf01156409
15. Wong, V. W. Overview of automotive engine friction and reduction trends-Effects of surface, material, and lubricant-additive technologies / V. W. Wong, S. C. Tung // Friction. - 2016. - Vol. 4. - Iss. 1. - P. 1-28. doi: 10.1007/s40544-016-0107-9
16. Zammit, J-P. Thermal coupling and energy flows between coolant, engine structure and lubrica-ting oil during engine warm up / J-P Zammit, P. J. Shayler, I. Pegg // Vehicle Thermal Management Systems Conference and Exhibition (VTMS10). - Sawston : Woodhead Publishing, 2011. - P. 177-188. doi: 10.1533/9780857095053.3.177
Наука та прогрес транспорту. В1сник Дшпропетровського нац1онального ушверситету зал1зничного транспорту, 2018, № 4 (76)
В. Л. ГОРОБЕЦ1, В. В. КОВАЛЕНКО2*
'Каф. «Безопасность жизнедеятельности», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 793 19 08, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-6537-7461
2*Каф. «Безопасность жизнедеятельности», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (050) 489 07 72, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-1196-7730
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ТЕПЛОВОЗА 2ТЭ116
Цель. Работа направлена на выявление причин преждевременного разрушения коленчатого вала тепловоза 2ТЭ116. Методика. Применены макроструктурный, фрактографический, аналитический анализы. Они позволили выявить причины преждевременного разрушения вала. Результаты. В данной работе предметом исследования является не только структурное состояние и свойства материала вала, а и химические свойства окружающей среды, рабочей жидкости и состояние рабочей документации по эксплуатации указанного тепловоза. Проведенные в работе исследования показали: 1) несоответствие ударной вязкости материала коленчатого вала требованиям соответствующего стандарта; 2) наличие в химическом составе масла более 17 % дизельного топлива, что значительно повышает коэффициент трения в рабочем механизме за счет образования нагара, областей сцеплений и питтинговую коррозию металла. Научная новизна. В работе применен комплексный аналитический и технический подход к выявлению причин преждевременного разрушения коленчатого вала тепловоза 2ТЭ116. Оценено максимальное количество факторов, которые могли повлиять на преждевременное разрушение коленчатого вала. Показано, что совокупность факторов, негативно повлиявших на эксплуатационные характеристики коленчатого вала, достигла так называемой «критической массы», что неизбежно вызвало разрушения. Внедрение дополнительных факторов сигнализации (кроме шумового фактора в процессе работы дизеля с маслом, загрязнённым более чем на 17 % дизельным топливом) и контроля неисправностей в роботе подобных крупных механических агрегатов позволит дополнительно дисциплинировать машинистов и слесарей при выполнении работ по инструкциям для предупреждения разрушения больших конструкций локомотивов. Практическая значимость. Исследования подтвердили важность контроля над химическим составом и механическими характеристиками деталей и конструкций подвижного состава. Показана необходимость периодического контроля химического состава масла. Надзор за аккуратным ведением рабочего журнала может предупредить разрушение ценных конструкций подвижного состава.
Ключевые слова: дизель; тепловоз 2ТЭ116; масло; преждевременное разрушение; коленчатый вал; механические характеристики
V. L. ^^BETS1, V. V. KOVALENKO2
*Dep. «Life Safety», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 793 19 08, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-6537-7461 2Dep. «Life Safety», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (050) 489 07 72, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-1196-7730
INVESTIGATION OF PREMATURE DESTRUCTION CAUSES OF LOCOMOTIVE 2TE116 CRANKSHAFT
Purpose. The work is aimed at identifyinbg the causes of premature destruction of the locomotive 2TE116 crankshaft. Methodology. Macrostructural, fractographic, and analytical analyses have been used to identify the causes of premature destruction of the shaft. Findings. In this work, the subject of the study is not only the structural state and properties of the shaft material, but also the chemical properties of the environment, the working fluid and the state of the working documentation for the locomotive operation. The research carried out in the work showed:
1) the non-conformity of the impact viscosity of the crankshaft material to the requirements of the relevant standard;
2) the presence of more than 17% of diesel fuel in the chemical composition of oil, which significantly increases the
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BicHHK flmnponeTpoBChKoro Ha^oHaahHoro yrnBepcHTeTy 3&m3HHnHoro TpaHcnopTy, 2018, N° 4 (76)
friction coefficient in the working mechanism due to the formation of carbon deposit, the areas of adhesion and pitting corrosion of the metal. Originality. A comprehensive analytical and technical approach for identification of premature destruction causes of the locomotive 2TE116 crankshaft was used in the work. The maximum number of factors that could influence the premature destruction of the crankshaft were estimated. It was shown that the combination of factors that negatively influenced the performance characteristics of the crankshaft has reached the so-called «critical mass», which inevitably caused the destruction. Introduction of additional signaling factors (in addition to the noise factor during the operation of the diesel engine with oil contaminated by diesel fuel more than 17%) and fault monitoring in the operation of such large mechanical aggregates will additionally discipline locomotive drivers and mechanics when working on instructions for warning destruction of large locomotive structures. Practical value. The studies confirmed the importance of controlling the chemical composition and mechanical characteristics of rolling stock components and constructions. The need for periodic control of the oil chemical composition is shown. Supervision over the careful keeping of work book can prevent the destruction of valuable structures of rolling stock.
Keywords: diesel engine; diesel locomotive 2TE116; oil; premature destruction; crankshaft; mechanical characteristics
REFERENCES
1. Klymenko, O. M., Pylov, V. O., & Shulha, I. M. (2015). Optymizatsiia tekhniko-ekonomichnykh pokaznykiv avtomobilnoho dyzelia z vykorystanniam funktsii bazhanosti Kharinhtona. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu «KhPI» : zbirnyk naukovykh prats. Tematychnyi vypusk: Transportne mashynobuduvannia, 43 (1152), 30-32. (in Ukranian)
2. Pozhydaiev, I. H., & Prokhorenko, A. O. (2014). Proektuvannia PNVT dlia akumuliatornoi palyvnoi systemy malolitrazhnoho dyzelia na bazi palyvnoho nasosa dvyhuna 2DT. Visnyk Natsionalnoho Tekhnichnoho Universytetu «KhPI». Seriia: Transportne mashynobuduvannia : zbirnyk naukovykh prats, 14 (1057), 89-95. (in Ukranian)
3. Polozhennia pro planovo-poperedzhuvalnu systemu remontu i tekhnichnoho obsluhovuvannia tiahovoho ru-khomoho skladu (elektrovoziv, teplovoziv, elektro ta dyzel-poizdiv) : Nakaz Ministerstva transportu ta zviazku Ukrainy vid 30.06.2010 r. № 093. (in Ukranian)
4. Tkachuk, M. A., Kravchenko, S. O., Shpakovskyi, V. V., Bielov, M. L., Sheiko, O. I., & Demydenko, V. I. (2015). Rozvytok metodiv zmitsnennia naibilsh navantazhenykh detalei - shliakh do pidvyshchennia tekhnichnykh i taktyko-tekhnichnykh kharakterystyk mashyn. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu «KhPI». Seriia: Transportne mashynobuduvannia : zbirnyk naukovykh prats, 43(1152), 116-122. (in Ukra-nian)
5. Nikitin, Y. A., Shiryaev, V. M., & Bykov, V. G. (1982). Teplovoznye dizeli tipa D49. Moscow: Transport. (in Russian)
6. Trynov, O. V., & Panchoshnyi, V. H. (2015). Perspektyvy polipshennia teplovoho stanu detalei klapannoho vuzla dyzelia z vykory-stanniam lokalnoho okholodzhennia. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu «KhPI». Seriia: Transportne mashynobuduvannia : zbirnyk naukovykh prats, 43(1152), 144-150. (in Ukrani-an)
7. Azadi, M. (2016). Corrosion failure study in an oil cooler heat exchanger in marine diesel engine. International Journal of Engineering, Transactions B: Applications, 29 (11), 1604-1611. doi: 10.5829/idosi.ije.2016.29.11b. 15 (in English)
8. Open die steel forgings for general engineering purposes D Part 3: Alloy special steels Brussels. BS EN 10250-3:2000 (1999). (in English)
9. Steels for quenching and tempering - Part 3: Technical delivery conditions for alloy steels. DIN EN 10083-2 (2006). (in English)
10. Froelund, K., Frits, S., & Smith, B. (2003). Lubricating Oil Consumption Measurements on an EMD 16-645E Locomotive Diesel Engine. Design, Application, Performance and Emissions of Modern Internal Combustion Engine Systems and Components: Conference Paper (Salzburg, Austria, May 11-13, 2003), 361-368. doi: 10.1115/ices2003-0549 (in English)
11. Foltz, A. D., Wasfy, T. M., Ostergaard, E., & Piraner, I. (2016). Multibody Dynamics Model of a Diesel Engine and Timing Gear Train with Experimental Validation. ASME 2016 International Mechanical Engineering Congress and Exposition (Phoenix, Arizona, USA, November 11-17, 2016), 4B: Dynamics, Vibration, and Control, 4-22. doi: 10.1115/imece2016-65900 (in English)
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BÎCHHK flmnponeTpoBChKoro Ha^oHanhHoro yHÎBepcHTeTy 3ani3HHnHoro TpaHcnopTy, 2018, № 4 (76)
12. Priebsch, H. H., & Krasser, J. (1997). Simulation of the Oil Film Behaviour in Elastic Engine Bearings Considering Pressure and Temperature Dependent Oil Viscosity. Tribology Series, 32, 651-659. doi: 10.1016/S0167-8922(08)70490-5 (in English)
13. Sequera, A. J., Parthasarathy, R. N., & Gollahall, S. R. (2011). Effects of fuel injection timing in the combustion of biofuels in a diesel engine at partial loads. Journal of Energy Resources Technology, 133(2). doi: 10.1115/1.4003808 (in English)
14. Sevast'yanov, S. I. (1968). Adsorption and corrosion activity of diesel oils. Soviet Materials Science, 3(6), 493-497. doi: 10.1007/bf01156409 (in English)
15. Wong, V. W., & Tung, S. C. (2016). Overview of automotive engine friction and reduction trends-Effects of surface, material, and lubricant-additive technologies. Friction, 4(1), 1-28. doi: 10.1007/s40544-016-0107-9 (in English)
16. Zammit, J-P., Shayler, P. J., & Pegg, I. (2011). Thermal coupling and energy flows between coolant, engine structure and lubrica-ting oil during engine warm up. Vehicle Thermal Management Systems Conference and Exhibition (VTMS10), 177-188. doi: 10.1533/9780857095053.3.177 (in English)
HagiMmna go pegKoneriï: 23.04.2018 npHHHOTa go gpyKy: 20.07.2018
