CC BY
40УДК 621.43.74:621.793
С. Ю. Ефремов, старший преподаватель, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5. E-mail: efremov_su@mail.ru
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛЕЙ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
В статье на основе технического состояния деталей цилиндро-поршневой группы судовых среднеоборотных дизелей произведен анализ причин их выбраковки. Установлено, что в большинстве случаев выбраковка поршневых компрессионных колец и цилиндровых втулок производится вследствие достижение предельного износа рабочих трущихся поверхностей.
В современных экономических условиях нашей страны все более актуальным становится развитие ремонтного производства. На предприятиях водного транспорта большая часть станочного оборудования загружена изготовлением запасных деталей для главных и вспомогательных судовых дизелей [19].
Учитывая большую трудоемкость и себестоимость изготовления быстроизнаши-вающихся деталей дизелей (впускные и выпускные клапаны, поршневые кольца, втулки цилиндров, поршни, вкладыши подшипников скольжения и др.) судоремонтные предприятия заинтересованы во внедрении ресурсосберегающих технологий [9, 11, 14]. При этом, внедрение в производство современных технологий ремонта или изготовления ответственных деталей машин и механизмов возможно только при выполнении всех требований к показателям надежности и качеству продукции, выпускаемой на заводе-изготовителе для эксплуатационников.
Опыт эксплуатации СОД отечественного и зарубежного производства показывает, что их надежность в значительной степени определяется техническим состоянием деталей ЦГТГ, главным образом ЦБ и поршневых компрессионных колец [17, 18,23,28].
Существующие технологические методы изготовления и ремонта данных деталей, как на дизелестроительных, так и на судоремонтных предприятиях не всегда обеспечивают высокий ресурс и работоспособность узла трения ЦВ - ПК [20, 21,24].
Основными причинами преждевременного выхода из эксплуатации трущихся деталей ЦПГ СОД являются:
увеличение цилиндровых и агрегатных мощностей из-за повышения степени наддува СОД без существенных конструктивных изменений ЦВ и ПК (Г60, Г70, Г70-5, 6-8НФД48, 6-8НФД48-У, 6-8НФД48АУ, 6-8НФД48А-2У);
увеличение грузоподъемности и пассажировместимости судов; использования тяжелых и высокосернистых сортов топлива (ГОСТ 1667-68, ГОСТ 10433-75);
работа в тяжелых эксплуатационных условиях (прибрежное и морское плавание речных переоборудованных судов).
К настоящему времени имеется много публикаций и научных исследований, посвященных проблемам повышения надежности ЦВ и ПК [1, 3, 10, 26 и др.]. Однако широкого применения на судоремонтных предприятиях они не получили по целому ряду причин:
сложность технологических процессов (ТП);
экологически вредные условия производства;
высокие трудоемкость и себестоимость ТП;
отсутствие точного механического специального оборудования;
отсутствие надежных методик и приборного обеспечения для контроля на промежуточных этапах предлагаемых ТП.
Многими исследователями установлено, что надежность деталей ЦПГ определяется и зависит от: точности механической обработки; материала и его структуры, физикомеханических свойств слоев трущихся поверхностей; сортов применяемых топлив и масел; вероятности изменения формы рабочих поверхностей деталей ЦПГ в процессе их монтажа и воздействия температурных напряжений и др. [2, 4, 6, 13, 20, 24].
В настоящее время на речном транспорте эксплуатируется более 50 марок дизелей отечественного и зарубежного производства, из них примерно 60 % устанавливается в качестве главных двигателей на большегрузные и пассажирские суда [19, 22]. Из практики эксплуатации известно, что средний ресурс деталей ЦПГ в большинстве случаев значительно ниже нормативных значений параметров технического состояния (ПТС) [22]. Поэтому возникает необходимость при изготовлении новых деталей внедрять прогрессивные упрочняющие методы, при этом необходимо также учитывать возможность их дальнейшего ремонта и восстановления.
Опыт эксплуатации и ремонта деталей машин показывает, что износы рабочих трущихся поверхностей в большинстве случаев не превышают 0.3-2.0 мм [3, 7, 27]. Поэтому при изготовлении соответствующих деталей необходимо упрочнять лишь поверхностные зоны контактирующих поверхностей. Этим условиям вполне отвечают ЦВ и ПК судовых среднеоборотных дизелей. В табл. 1 приведены основные ПТС ЦВ и ПК наиболее распространенных на водном транспорте судовых дизелей [22, 28].
Нормативный предельный износ ЦВ составляет в среднем 1,2 ... 2,0мм; а нормальные допустимые скорости изнашивания в районе верхнего пояса составляют 25 ... 45 мкм/1000ч, допустимая эллиптичность - 0,5 ... 0,85 мм.
Предельно-допустимый (средний) радиальный износ ПК, определяемый по формуле 5 = (Бпр - Бм) / 271, соответствует 0.2 ... 1.25 мм.
Таблица 1
Нормы монтажных зазоров, предельных износов и зазоров деталей ЦПГ СДВС
Тип дизелей ЦВ, I пояс (ВМТ) ПК “замок”
IV "Р, мм э, мм &м м, мм ^мм
6-8 ЧРН 32/48 1,6 0,85 1,1-1,75 9,0
6-8 ЧР 32/48
6 ЧРН 27,5/36 1,4 0,7 1,1-1,5 8,5
6 ЧРНС 27,5/36
6-8 ЧРН 24/36 1,2 0,6 0,09-1,2 7,5
6-8 ЧР 24/36
4-6 ДР 30/50 1,5 0,8 2,0-3,0 8,5
6 ЧРН 36/45 2,0 0,5 2,6 5,0
6 и 8 ЧСПН 18/22 0,8 0,45 1,1-1,3 4,0
бЧибЧСП 18/22
4-6 ЧР 17,5/24 0,8 0,4 0,07-1,1 4,0
12ЧСН 18/20 0,3 0,4 1,2 2,0
6 ЧСП 16/22,5 0,7 0,35 0,5-1,0 3,5
6-8 ЧСПН 18/26 0,7 0,2 0,7-0,9 3,0
6 ЧН 20/26 0,8 0,7-0,9 4,0
12 ЧН 22/24 0,5 0,06 0,65-0,95
где ^пР - предельный износ;
Гэ- предельная эллиптичность;
£м, 3пР - монтажный и предельный зазоры в “замке” ПК.
В большинстве случаев рабочая поверхность ПК изнашивается неравномерно, поэтому принято оценивать их ПТС по зазору «в замке».
Из приведенных в таблице 1 к числу наиболее мощных дизелей, работающих в качестве главных судовых, а следовательно, определяющих провозную способность речного транспорта, относятся - 6 ЧРН 36/45, 6(8) НФД 48, М401, 6Л275; следует отметить, что дизели 6 ЧРН 36/45, 6(8) НФД 48 наиболее металлоемкие, имеют большие габариты и массу. *
Проведенные исследования позволили установить основные причины выбраковки ЦВ дизелей 6 ЧРН 36/45 и 6(8) НФД 48, табл. 2. Всего было обследовано более 50 ЦВ каждого типа дизелей. Установлено, что основная причина выбраковки втулок дизелей 6 ЧРН 36/45 - достижение предельной эллиптичности в процессе их эксплуатации. В среднем износ «зеркала» ЦВ этих дизелей составляет 0,9 ... 1,2 мм на диаметр, а эллиптичность - 0,45 ... 0,6 мм. Кавитационно-коррозионный износ охлаждаемых наружных поверхностей при данном действительном ресурсе (7 ... 8.5 тыс. ч) незначителен; глубина язвенных разрушений в металле составляет 1,0...2,0 мм, в то время как у СДВС 6(8) НФД 48 кавитационно-коррозионный износ является определяющим почти у 50 % всего количества отбракованных втулок. Глубина износа может достигать при этом 8 ... 10 мм и более.
Таблица 2
Основные причины выбраковки ЦВ СДВС, %
№ Марка дизеля
п/ п Характеристики дефектов 6 ЧРН 36/45 6-8 НФД 48 Примечание
1 Трещины 1,5 ' 6 Г алтель верхнего буртика
2 Предельный износ «зеркала» цилиндра 32 44 Плоскость качения шатуна
3 Предельная эллиптичность 75 15
4 Кавитационно-коррозионное разрушение охл. поверхности 6,5 58
5 Задир “зеркала” цилиндра 2,5 3,2
Некоторые ЦВ бракуют по причине возникновения трещин в галтели под посадочным буртом (до 6 %). Допустимая эллиптичность “зеркала” втулок СДВС 6 (8) НФД 48 среди рассматриваемых дизелей самая высокая и составляет 0,85 мм. В ходе дефектации также установлено, что около 3,5 % втулок СОД бракуют по причине поломки ПК, т. к. в этом случае, как правило, происходит задир “зеркала” цилиндра.
Среди рассмотренных дефектов износ «зеркала» цилиндра является определяющим, от его интенсивности непосредственно зависит ресурс деталей ЦПГ. Вопросам устранения причин возникновения трещин в галтелях верхнего посадочного бурта и повышения кавитационно-коррозионной стойкости наружных водоохлаждаемых поверхностей ЦВ посвящено достаточное количество исследований* и научно-практических работ [12, 14, 15, 16, 27], некоторые из них нашли широкое производственное применение.
До настоящего времени пока нет надежных производственных технологий восстановления внутренней рабочей поверхности ЦВ СОД, а существующие технологии
ремонта дизелей малой мощности типа 4 Ч 10/13, 6 Ч 18/22 и др. нельзя целиком переносить на более крупные детали [3, 25]. Здесь требуется проведение всесторонних предварительных исследований и обоснование выбора соответствующих методов ремонта [5, 8, 29].
Однако при изготовлении новых деталей ЦПГ необходимо предусматривать современные способы упрочнения изнашивающихся поверхностей. Поэтому при разработке технологий упрочнения и восстановления необходимо ставить задачу возможного повышения ресурса до заданных значений и более. Для решения поставленных задач необходимо рассматривать пррблему повышения износостойкости, ЦВ в комплексе с ПК, от материала и физико-механических свойств поверхностных слоев которых существенно зависит надежность и ресурс всех деталей ЦПГ.
Ресурс поршневых компрессионных колец СОД при работе на тяжелых и высокосернистых сортах топлива составляет 3,5 ... 7,5 тыс. ч, т. е. 2 ... 3 навигационных периода, и естественно переборка дизелей при этом неизбежна, т. к. приходится заменять изношенные комплекты поршневых колец и ставить новые. Но при постановке новых колец в работающие ЦВ, правильность геометрии внутренних поверхностей которых вследствие износа нарушена, прилегание рабочих трущихся поверхностей будет в большинстве случаев неполное. Поэтому после профилактики и переборки дизелей будет наблюдаться повышенный износ и колец, и втулок [2, 30]. На основании вышеизложенного можно сделать выводы: для повышения ресурса деталей ЦПГ рассматриваемых дизелей, в особенности работающие на тяжелых сортах топлива, до нормативных значений необходимо применять прогрессивные методы упрочнения на стадии изготовления и ресурсосберегающие технологии, способные при этом восстанавливать работоспособность изношенных поверхностей; очень важно добиться равномерности изнашивания в процессе эксплуатации как «зеркала» цилиндра, так ПК, что положительно отразится на повышении ресурса, надежности деталей ЦПГ и эко-V номичности дизеля в целом.
Список литературы
[1] Гембом Б.Б. Механизм влияния серы на износ цилиндров двигателей внутреннего сгорания / «Борьба о коррозией двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок».- М.: Машгиэ, 1961.-С. 81-88.
[2] Гинцбург Б.Я. Теория поршневого кольца. - М.: Машиностроение, 1979. - 271 с.
[3] Голубев Н.Ф. Восстановление и упрочнение рабочей поверхности цилиндровых втулок судовых дизелей плазменным напылением.: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - JL: 1986. - 21 с.
[4] Григорьев М.А., Павлинский В.М., Бунаков В.М. Соотношение износов, вызванных различными эксплуатационными факторами, в общем износе цилиндров двигателей // Автомобильная промышленность, 1975. - № 3. - С. 3-5.
[5] Долговечность трущихся деталей машин / Под ред. Д.Н. Гаркунова. - М.: 1986. - 267 с.
[6] Кожевников В.А. Исследование влияния микрогеометрии втулок цилиндров судовых дизелей на их износостойкость и работоспособность: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - J1.: 1972.-22 с.
[7] Кондратьев H.H. Отказы и дефекты судовых дизелей. - М: Транспорт, 1985. - 152 с.
[8] Котляров В.И. Прогрессивные технологические процессы лазерной обработки материалов. -Киев: Знание, 1983. — 16с.
[9] Коченов В.А., Матвеев Ю.И., Маринин А.Ю. Формирование износостойких структур лазерной обработкой чугуна поршневых колец дизелей / Совершенствование средств механизации и мобильной энергетики в сельском хозяйстве. - Рязань: РГСХА, 2000. - С. 83-85.
[10]Криулин A.B. Повышение надежности деталей дизелей методами химико-термической обработки / Вопросы износостойкости и надежности судовых дизелей. - Л.: Транспорт, 1973. -С. 228-234.
[10] Кулик А.Я. Газотермическое напыление композиционных порошков. - JI.: Машиностроение, 1985. - 199 с.
[12] Матвеев Ю.И., Каюмова H.A., Тренин В.Ф. Исследование коррозионной стойкости материалов и покрытий ЦПГ судовых дизелей / Тр. ГИИВТ. - Н. Новгород: 1992.- Вып. 265. -С. 109-112.
[13] Матвеев Ю.И., Тренин В.Ф. Исследование износостойкости цилиндровых втулок судовых дизелей 6ЧРН36/45 / Тр. ГИИВТ. - Н. Новгород: 1987. - Вып. 228. - С. 67-74.
[14] Пимошенко А.П. Повышение кавитационной стойкости цилиндровых втулок // Морской флот, 1973,-№ 5.-С.45-46.
[15] Пимошенко А.П., Немыченков A.B. Расчет параметров системы охлаждения дизеля при замене чугунных втулок биметаллическими / Тр. Калинингр. техн. ин-т. рыбн. хоз-ва, 1989 -Вып. 37.-С. 71-78.
[16] Погодаев Л.И., Шевченко П.А. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования. - Л.: Судостроение, 1984. - 264 с.
[17]Полушкин H.A., Матвеев Ю.И. Эксплуатационные испытания цилиндровых втулок и поршневых колец с плазменным покрытием в судовых условиях. Тезисы докладов. / Материалы научно-практической конференции, посвящённой 150-летию Волжского пароходства -Н. Новгород, Изд. ВГАВТ, 1994. - С. 94-95.
[18] Полушкин H.A., Тренин В.Ф., Матвеев Ю.И. Исследование и выбор покрытий для упрочнения поршневых колец судовых дизелей. - Тр. / ГИИВТ. - Н. Новгород: 1991. - Вып. 263. -С. 35-50.
[19] Пянькин В.П. Совершенствование и развитие организации восстановления деталей дизелей судов речного флота с учетом промышленного потенциала отрасли. - Дисс. ... канд. техн. наук. Горький, 1986. - 216 с.
[20] Рохлин А.Г. Технология производства судовых дизелей. - Л.: Судостроение, 1968. - 343 с.
[21] Рукавишников Н.Ф. Ремонт судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1978. - 251 с.
[22] Руководство по анализу износов деталей и надежности дизелей. - Л.: Транспорт, 1982. - 46 с.
[23] Семенов B.C. Теплонапряженность и долговечность цилиндро-поршневой группы судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1977. - 182 с.
[24] Семенов B.C., Трофимов П.С. Долговечность цилиндро-поршневой группы судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1969.-215 с.
[25] Способ восстановления изношенных гильз цилиндров автотракторных двигателей. Дмитриев A.B., Тренин В.Ф. Заявка № 5003956/27.
[26] Толстенко П.П. Исследование и разработка технологии восстановления гильз цилиндров дизелей железо-марганцевыми сплавами из холодных хлористых электролитов: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук.-Л.: 1983.-20 с.
[27] Тренин В.Ф., Матвеев Ю.И., Клюшина Е.А. Исследование кавитационной и коррозионной стойкости плазменных покрытий для цилиндровых втулок судовых дизелей // Тр. ГИИВТ. -МРФ РСФСР, 1988. - Вып. 233. - С. 3-13.
[28] Фомин Ю.А., Горбань А.И. Добровольский В.В., Лугин А.И. и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания. - Л.: Судостроение, 1989. - 344 с.
[29] Шадричев В.А. Основы выбора рационального способа восстановления автомобильных деталей металлопокрытиями. - М.: Машиностроение, 1962. - 318 с.
[30] Энглиш К. Поршневые кольца. Т.2. - М.: Машгиз, 1963. - 365 с.
ESTIMATION OF A TECHNICAL CONDITION OF DETAILS OF SHIP MEDIUM- SPEED DIESEL ENGINES
S. Y. Efremov
On the basis of a technical condition of details of cylinder-piston group of ship medium-speed diesel engines is made the analysis of their rejection. It is established that in the most cases of rejection of compression piston rings and cylinder cartridges is made owing to wear-out of working rubbed surfaces.
