Научная статья на тему 'Исследование процесса изнашивания плунжерных пар топливной аппаратуры и реализация метода безразборного восстановления'

Исследование процесса изнашивания плунжерных пар топливной аппаратуры и реализация метода безразборного восстановления Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
936
100
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТОПЛИВНЫЙ НАСОС / ПЛУНЖЕР / ЭЛЕКТРО-ХИМИКОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА / FUEL PUMP / PLUNGER / ELECTRICAL-CHEMICALMECHANICAL TREATMENT

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Мозговой Иван Васильевич, Макаренко Николай Григорьевич, Доровских Евгений Викторович

Статья посвящена актуальной проблеме увеличению срока службы агрегатов (топливные насосы высокого давления) дизельных двигателей, в том числе бронетанковой техники. Для восстановления работоспособности плунжерных пар применяются различные способы. Авторами был реализован способ электро-химикомеханический обработки плунжерных пар. Как показывают проведенные исследования, этот способ может получить широкое распространение в ремонтном производстве.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Мозговой Иван Васильевич, Макаренко Николай Григорьевич, Доровских Евгений Викторович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Analysis of wear and tear process in pump pairs of fuel equipment and implementation of the method without disassembling

The article covers the topical problem extension of the life time of units (dieselfuel injection pump) of dieselengines and armor technics. For revitalilizahion of the working capacity of the pump elements various methods are used. Authors use the method of electrical, chemical and mechanical treatment of the pump elements. The analysis shows that this method could be widely used.

Текст научной работы на тему «Исследование процесса изнашивания плунжерных пар топливной аппаратуры и реализация метода безразборного восстановления»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

УДК 621.891 : 621.357.9 И. В. МОЗГОВОЙ

Н. Г. МАКАРЕНКО Е. В. ДОРОВСКИХ

Омский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗНАШИВАНИЯ ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА БЕЗРАЗБОРНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Статья посвящена актуальной проблеме—увеличению срока службы агрегатов (топливные насосы высокого давления) дизельных двигателей, в том числе бронетанковой техники. Для восстановления работоспособности плунжерных пар применяются различные способы. Авторами был реализован способ электро-химикомеханический обработки плунжерных пар. Как показывают проведенные исследования, этот способ может получить широкое распространение в ремонтном производстве.

Ключевые слова: топливный насос, плунжер, электро-химикомеханическая обработка.

Износ деталей трущихся сопряжений является одной из основных причин снижения ресурса машин. Повышение надежности и снижение затрат на ремонт машин и механизмов является одной из основных проблем, общей для всех областей техники.

Топливная аппаратура — наиболее сложная и дорогостоящая часть современного дизеля (составляющая до 30% его стоимости), оказывает существенное влияние на надежность и экономичность двигателя в целом. Сложность топливной аппаратуры предъявляет высокие требования к ее изготовлению, ремонту и обслуживанию в процессе эксплуатации. Прежде всего, это обусловлено наличием в ее конструкции прецизионных элементов, изготовленных с высокой точностью. Нарушение равномерности топливопо-дачи по цилиндрам двигателя в условиях рядовой эксплуатации может повышать расход топлива на 10...15% и снижать ресурс двигателей в среднем на 20%.

В настоящее время перед машиностроительными заводами поставлена задача — увеличить ресурс топливной аппаратуры до 10... 12 тыс. моточасов. Естественно, что послеремонтный ресурс должен быть не ниже 8...10 тыс. моточасов. Такое увеличение ресурса должно привести к сокращению расхода запасных частей и уменьшению затрат на техническое обслуживание топливной аппаратуры. Однако решение данного вопроса, как показывают исследования, сдерживается низкой износостойкостью деталей и подвижных сопряжений топливной аппаратуры.

Увеличение долговечности прецизионных деталей за счет применения новых износостойких материалов нереально, так как эти детали в настоящее время и так изготавливают из достаточно дорогостоящих и дефицитных сталей (ШХ15; ХВГ; 18Х2Н4ВА; Р18; 25Х5МА). Представляется возможным применение различных восстанавливающих технологий для восстановления ресурса изношенных плунжерных пар, а также технологий по нанесению поверхностного

слоя с заданными свойствами на вновь изготовленные плунжерные пары.

В настоящее время при восстановлении плунжерных пар используются различные способы, каждый из которых имеет как преимущества, так и существенные недостатки, приводящие к высокой стоимости и не всегда хорошему качеству восстановленных плунжерных пар. Применяемые способы восстановления плунжерных пар представлены на рис. 1.

Как известно, восстановление целесообразно производить при величине износа 50 — 60% от предельного [1]. Вследствие этого на первый план выходит необходимость получения своевременной и достоверной информации о состоянии плунжерной пары без демонтажа топливного насоса высокого давления и применения диагностических средств. Конструктивно это возможно реализовать, установив устройство регистрации количества перетекшего топлива на штуцер отвода топлива из полости низкого давления. Установив зависимость износа, максимального давления, создаваемого плунжерной парой, и количества перетекшего топлива, мы сможем своевременно начать восстановления плунжерной пары.

Для определения зависимости максимального давления создаваемого плунжерной парой от объема топлива перетекшего в заплунжерное пространство была разработана и изготовлена экспериментальная установка, имитирующая работу одной секции топливного насоса высокого давления НК-10 в процессе штатной эксплуатации. Схематично установка представлена на рис. 2 .

Новые плунжерные пары подвергались микрообмеру согласно микрометражным картам завода-изго-товителя, схематично представлены на рис. 3.

Все плунжерные пары отвечают требованиям ТУ. Величины зазора втулка-плунжер приведены в табл. 1.

Далее плунжерные пары устанавливались в экспериментальную установку и были подвержены ускоренным испытаниям на предельный износ. О величине

Рис. 1. Методы восстановления прецизионных деталей

Рис. 2. Схема установки для исследования износостойкости и восстановления плунжерных пар ТНВД НК-10:

1-источник постоянного тока, 2—анод, 3-резервуар для рабочей жидкости, 4-трубопроводы низкого давления, 5-трубопроводы высокого давления,

6-предохранительный клапан, 7—устройство регистрации давления, 8-устройство регистрации температуры, 9-плунжерная пара, 10-устройство для придания вращательного движения плунжеру, 11-кулачковый вал

Таблица 1

Величины зазора новых плунжерных пар топливного насоса высокого давления НК10

Место расположения зоны микрообмера Зазор, мкм

1 2-4

2 2-4

3 2-6

4 3-7

Таблица 2

Величины зазора изношенных плунжерных пар ТНВД НК10

Место расположения зоны микрообмера Зазор, мкм Средний зазор, мкм

1 3-8 6,33

2 4-8 6,25

3 4-10 6,33

4 5-13 8,08

износа судили по максимальному давлению, создаваемому плунжерной парой при пусковых оборотах 100 оборотов в минуту. На всем протяжении испытания регистрировали объем перетекшей жидкости в зап-лунжерное пространство. Характер изменения контролируемых величин показан на рис. 4.

После приведения плунжерных пар в аварийное состояние они были подвержены повторному микрообмеру. Его результаты приведены в табл. 2.

Ввиду того, что величина износа плунжерных пар составляет 1 — 7 мкм, авторами было предложено ис-

пользовать для восстановления плунжерных пар метод электро-химикомеханической обработки (ЭХМО) [1]. Суть данного метода заключается в без-разборном восстановлении втулки и плунжера одновременно, что исключает последующие подбор и доводку.

На вход ТНВД подаются ионы металла, направленные на восстановление изнашивающихся частей. Скорость осаждения ионов металла на трущиеся

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

Рис. 3. Сечения плунжера для микрообмера

поверхности трибосистемы зависит от многих факторов: силы тока, свойств жидкости, материала анода и деталей, температуры в зоне трения, давления, создаваемого плунжерной парой, и т.д. При проведении восстановления, на первый план выходит вопрос о полной и достоверной информации о состоянии плунжерной пары, с целью выбора правильного и своевременного воздействия на систему. Информацию о состоянии системы получают с помощью датчиков (позиции 7, 8 рис. 2).

Данный метод был успешно опробован на экспериментальной установке и запатентован [2].

Основной проблемой при реализации данного подхода для восстановления ТНВД на машине является то, что топливо обладает высоким электрическим сопротивлением. Поэтому на данный момент возможно восстановление плунжерных пар и топливного насоса высокого давления в целом лишь на стенде с использованием вместо топлива ионообразующей жидкости.

В результате исследований:

— изготовлена экспериментальная установка для проведения испытаний и восстановления плунжерных пар топливного насоса высокого давления дизельных двигателей;

— экспериментально установлена зависимость максимального давления плунжерной пары от объема перетекшего топлива;

— разработан, запатентован и реализован способ безразборного восстановления плунжерных пар.

Библиографический список

1. Макаренко, Н.Г. Электрохимическое упрочнение и восстановление деталей трибосистем / Н.Г. Макаренко //. — Омск: ИЦ Омский научный вестник, 2004. — 250 с.

Рис. 4. Характер изменения максимального давления, создаваемого ПП от объёма просочившейся жидкости за время наработки

2. Пат. 2277704 Российская Федерация, МПК С0Ш 3/56. Способ и устройство восстановления плунжерной пары топливного насоса / Н. Г. Макаренко Н. Г. и [др.]. — № 2005100892; заявл. 17.01. 05 ; опубл. 10.06.06, Бюл. № 16. - 3 с.

МОЗГОВОЙ Иван Васильевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Химическая технология органических веществ» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).

МАКАРЕНКО Николай Г ригорьевич, кандидат технических наук, доцент, заместитель генерального директора НИИ технического контроля и диагностики железнодорожного транспорта по опытно-конструкторским разработкам.

ДОРОВСКИХ Евгений Викторович, аспирант кафедры «Химическая технология органических веществ» Омского государственого технического университета (ОмГТУ).

Адрес для переписки: e-mail: dorovskih2004@mail.ru

Статья поступила в редакцию 01.06.2010 г.

© И. В. Мозговой, Н. Г. Макаренко, Е. В. Доровских

Книжная полка

621.45/Д69

Дорофеев, А. А. Основы теории тепловых ракетных двигателей. Теория, расчет и проектирование [Текст]: учеб. для вузов по специальности «Авиа- и ракетостроение»... / А. А. Дорофеев.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010.-463 с.: рис., табл.-ISBN 978-5-7038-3247-9 .

В ч. 1 представлены общие основы теории идеальных тепловых ракетных двигателей, ее понятийный аппарат и иерархическая схема классификации ракетных двигателей.

В ч. 2 изложены представления о физико-химических механизмах реальных рабочих процессов и методиках количественной оценки влияния их отличий от идеального представления на выходные параметры двигателя. Приведены принципы и описаны методики решения задач термодинамического расчета состава продуктов сгорания и изменения их параметров при движении по соплу как химически активного потока.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.