CC BY
21
Кодинцев Н.П.1
1 к.т.н., доцент; кафедра «Автомобиле- и тракторостроение», Калужский филиал Московского государственного технического университета
имени Н.Э. Баумана
УПРОЧНЕНИЕ ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Аннотация
В данной работе предлагается для повышения ресурса плунжерных пар топливных насосов высокого давления использовать метод диффузионного хромирования, при котором на детали наносится слой твердого покрытия, позволяющий помимо упрочнения деталей компенсировать их износ.
Ключевые слова: плунжерная пара, износ, диффузионное хромирование.
Keywords: Plunger pair wear, diffusion chrome plating
Плунжерные пары насосов высокого давления работают в условиях больших нагрузок и интенсивного изнашивания. В процессе возвратно-поступательного движения плунжера и при малых зазорах происходят значительные износы на цилиндрических поверхностях плунжера и втулки и их кромках. Износы происходят в значительной степени из-за наличия в топливе твердых примесей. Вследствие износа на поверхностях плунжера и втулки образуются продольные риски, повышается овальность и конусность рабочих поверхностей. По мере увеличения износа увеличивается зазор между плунжером и втулкой, уменьшается гидроплотность пары. В результате уменьшается цикловая подача топлива, изменяется угол подачи топлива и увеличивается неравномерность подачи топлива. Для увеличения ресурса плунжерных пар следует наносить на детали материалы, которые имеют повышенную твердость и хорошо противостоят механическому изнашиванию.
Плунжер изнашивается в определенных местах, отчего эти участки получили название местных износов [2].
Значительному износу подвержен особенно участок в верхней части, расположенный против выпускного окна гильзы. Износ охватывает поверхность в виде желобообразной канавки, которая размещается вдоль плунжера от верхнего торца и несколько ниже середины головки.
Максимальная глубина 0,023...0,025 мм и ширина 4,5...5 мм канавки находятся у верхнего торца головки плунжера; длинна изношенного участка 9,5... 10 мм. Чем дальше от верхнего торца, тем мельче и уже делается канавка, и за серединой головки она выравнивается с поверхностью.
Чистая блестящая поверхность плунжера в результате износа на этом участке становится изрезанной продольными рисками в виде бороздок средней глубины 0,004...0,005мм. Изношенный участок имеет следующие внешние признаки: матовый оттенок поверхности, гребенчатую неровность, хорошо видимую в лупу 10-20-кратного увеличения, а при больших износах заметную и невооруженным глазом. Характер изношенной поверхности и микронеровности на ней позволяют утверждать, что рассматриваемый участок плунжера подвергается абразивному износу.
У втулки плунжерной пары изнашивается внутренняя поверхность, примыкающая к впускному и перепускному отверстиям [2]. Большой износ находится у впускного окна, меньший - у перепускного.
Износ зоны впускного окна имеет вид прямоугольной желобообразной полосы шириной 4,5...5 мм, расположенной вдоль гильзы. В большей мере изношена поверхность над окном протяженностью 6...7 мм от его кромки вверх. Под окном участок захватывает 4,5...5 мм. В непосредственной близости к кромке нажодится максимальный износ,
который в верхней ее части составляет 0,025...0,027 мм и у нижней 0,015...0,017мм.
Рабочая поверхность втулки над верхней кромкой окна покрыта паралельными бороздками, расположенными вдоль втулки. Кромка окна имеет большой завал и как бы снята пилой, край неровный, рваный.
Местный износ поверхности в зоне перепускного окна гильзы по характеру и размещению отличен от износа впускного окна. Изношенный участок находится с левой стороны кромки окна, имеет вид фигурной полосы шириной 2...2,5 мм; к верхнему торцу он распространяется на 2...3 мм, к нижнему - на 4,5...5 мм. Величина износа на краю кромки равна 0,015...0,017 мм. С приближением к торцу гильзы он резко уменьшается. С правой стороны от окна износа почти нет. Такое расположение износа объясняется тем, что при наличии левой винтовой кромки плунжера сначала открывается левая сторона окна гильзы. Поэтому перетекание топлива в момент отсечки абразивно изнашивает эту сторону окна, тогда как правая закрыта. Кромка с левой стороны окна сильно изнашивается, круглая форма ее становится овальной.
Для увеличения ресурса и восстановления плунжерных пар топливных насосов ЯЗДА и УТН предлагается использовать метод диффузионного хромирования плунжера и втулки [1]. Диффузионное хромирование - один из видов химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхности изделий хромом. При диффузионном хромировании в порошках достигаются:
-высокая концентрация хрома на поверхности стальных изделий, изменяющаяся от 20 до 80 % в зависимости от химического состава хромируемой стали. При этом на поверхности изделия образуется диффузионный слой следующего состава: для низкоуглеродистых сталей и железа - твердый раствор хрома в железе, для углеродистых и легированных сталей-карбиды хрома;
-прочная связь диффузионного слоя с металлом основы; -равномерное покрытие всех частей поверхности изделий;
-увеличение размеров изделий от 5 до 160 мкм, что дает возможность восстанавливать изношенные детали;
-толщина диффузионного слоя от 0,01 до 0,20 мм с поверхностной твердостью до Н50 = 18000 МПа.
Диффузионное хромирование придает поверхностному слою изделий особые физико-химические свойства, позволяющие повысить ресурс плунжерных пар, работающих в условиях различного вида изнашивания. Метод диффузионного хромирования апробирован применительно к сталям ХВГ и 25Х5М, из которых изготавливаются плунжерные пары насосов ЯЗДА и УТН. Диффузионное хромирование с применением порошковой смеси проводят по одному из вариантов технологии:
с применением контейнера с плавким затвором, который обеспечивает герметизацию реакционного пространства и позволяет производить нагрев при хромировании в обычных термических печах;
с применением контейнера без плавкого затвора при использовании специальных (вакуумных) печей, где для защиты от окисления хромирующей смеси и изделий применяются инертные атмосферы.
При хромировании в вакуумной печи детали помещают в печь, нагретую не выше 300 °С, затем ее герметизируют и подключают систему создания в печи защитной атмосферы. После установления в объеме печи стабильной защитной атмосферы производят нагрев контейнера со скоростью 75 - 100° в час до температуры рабочего режима. Охлаждение контейнера производят с печью до температуры не более 300 °С.
Разборку контейнера производят после его остывания до комнатной температуры. Содержимое контейнера выгружают в специальный поддон или другое устройство. Внешними признаками нормально прошедшего процесса хромирования являются равномерный светло-серый или блестящий вид хромированной поверхности плунжерных пар.
По результатам ускоренных износных испытаний ресурс деталей плунжерной пары с хромированным покрытием по основным критериям (цикловая подача во всем диапозоне оборотов, гидроплотность и др.) увеличивается в 1,5 и более раз.
Список использованных источников:
[1] Лахтин Ю.М. Термическая обработка в машиностроении / Ю.М. Лахтин - М.: Машиностроение, 1980 - 480 с.
[2] Грехов Л.В. Топливная аппаратура дизеле / Л.В. Грехов - М.: Легионавтоиздат, 2004 - 333 с.
