Способ ремонта топливного насоса высокого давления дизеля
METHOD OF REPAIRING A HIGH-PRESSURE DIESEL FUEL PUMP

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к восстановлению ресурса топливного насоса высокого давления (ТНВД) дизеля при ремонте путем повторного использования после ремонта выбракованных составных частей ТНВД рядного типа, дизеля.
Под ремонтом применительно к предмету заявляемого изобретения заявитель понимает восстановление работоспособности изделий и их составных частей ТНВД дизеля или это починка, устранение неисправности [1].
Способ ремонта ТНВД путем такого «преобразования», как следует из нижеизложенного, и составляет сущность заявляемого изобретения.
Известно [2], что основной составной частью ТНВД, определяющей его технические характеристики и показатели надежности, является плунжерная пара. В процессе эксплуатации детали плунжерной пары приобретают локальный износ [3], приводящий к невосполнимому снижению цикловой подачи, особенно на пусковом режиме [4].
Снижение параметра пусковой подачи используется в качестве выбраковки ТНВД [5]. Плунжерная пара выбраковывается, если фактическое значение величины пусковой подачи топлива, выявленное при этом, оказывается ниже допускаемого значения, а если пусковая подача топлива в пределах установленной нормы, то такую пару допускают после контроля (дефектации) к эксплуатации без операций ремонта. Отсюда следует, что часть плунжерных пар выбраковывается на сервисном предприятии со значительным остаточным ресурсом, поскольку их выбраковка производится до достижения ими предельного состояния.
Применяют ряд способов ремонта ТНВД, достигшего предельного состояния вследствие износа плунжерной пары сверх допускаемого техническими требованиями значения [7, 8], в основе которых повторное использование выбраковочных плунжерных пар после утилизации и дополнительной доработки.
Известен способ ремонта ТНВД дизеля, при котором вместо изношенной и выбракованной плунжерной пары используют новую, а выбракованную плунжерную пару утилизируют по технологиям утилизации металлолома [7].
Способ затратный, т.к. сопровождается 100% заменой плунжерных пар на новые, в которых только часть стоимости компенсировано стоимостью металлолома, при этом вместе с изделием полностью уничтожается остаточный ресурс утилизируемых плунжерных пар, что снижает эффективность ТНВД дизеля в целом.
Известен также способ ремонта ТНВД дизеля путем повторного использования выбракованной плунжерной пары после ее утилизации, заключающийся в создании и использовании ремонтной детали для замены одной из изношенных деталей плунжерной пары с последующей механической обработкой и спариванием ремонтной и сопрягаемой деталей [8]. Способ выбран в качестве аналога.
Недостатком способа является его дороговизна из-за потребности в большом количестве заново изготовляемых ремонтных деталей, идущих на замену изношенной детали пары, а также уничтожение остаточного ресурса этой детали, в результате оказывается низким срок службы ТНВД дизеля.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ ремонта топливовпрыскивающего насоса дизеля [9].
Сущность заключатся в ремонте распределительного топливовпрыскивающего насоса дизеля НД-22/6 из шести штуцерного в четырех штуцерного, путем разделений функций нагнетаний и распределений и соединений этих полостей топливопроводом высокого давления (ТВД) через обратный клапан и замены кулачкового вала топливовпрыскивающего насоса дизеля НД-22/6 с удлиненным кулачковым валом НД-21/4. Первая секция высокого давления от топливовпрыскивающего насоса дизеля НД-22/6 используется для нагнетания, если даже величина износа плунжерной пары больше допустимой нормы, а вторая секция высокого давления заменяется с секцией топливовпрыскивающего насоса дизеля НД-21/4, если даже износ граничный предельный и используется для распределения, что позволяет восстанавливать неработоспособное состояние топливовпрыскивающего насоса в работоспособное состояние путем использования выбракованных плунжерных пар [9]. Способ выбран в качестве прототипа.
Недостатком способа ремонта топливовпрыскивающего насоса является его дороговизна из-за потребности в большом количестве заново изготовляемых ремонтных деталей для модернизации конструкции топливовпрыскивающего насоса дизеля и затраты времени для выполнения подрегулировочных операций при ТО-2.
Цель изобретения - восстановления заданной нормативно-технической документацией значений цикловой подачи топлива в цилиндр дизеля на режиме пуска и для увеличения срока службы плунжерной пары ТНВД дизеля рядного типа.
Поставленная цель достигается тем, что способ ремонта ТНВД для восстановления цикловой подачи топлива в режиме пуска дизеля используются выбракованные плунжерные пары с цикловой подачей топлива ниже допустимой, но выше предельного значения. Для этого после контроля (дефектации) плунжерные пары группируют по характерным показателям и готовят к повторному использованию: устанавливаются укомплектованные плунжерные пары в корпус ТНВД УТН-5 согласно техническим требованиям на ремонт [5]; затем устанавливаются нагнетательные клапана и прикручиваются штуцера; далее к штуцерам прикручиваются ТВД одинаковой длины и соединяют внутренние полости последних попарно первый с четвертым, второй с третьим через тройник высокого давления, от четырех установленных в корпусе ТНВД плунжерных пар; для обеспечения синхронного подъема толкателей плунжеров первого идентично четвертому, второго идентично третьему, необходимо изготовить ремонтный кулачковый вал, для этого трансформируют третий и четвертый выступа кулачка на 180 градусов относительно оси вращения и относительно первоначального расположения каждого; после доукомплектовывают ремонтный кулачковый вал и устанавливают в корпус ТНВД дизеля УТН-5; и соединяют тройники высокого давления через ТВД с форсунками согласно линиям нагнетания топлива на соответствующие цилиндры.
Таким образом, предложен способ ремонта топливного насоса высокого давления (ТНВД) дизеля, содержащего плунжерные пары и топливопроводы высокого давления (ТВД) и подающего топливо по ТВД в цилиндр через форсунку, состоящий в изменении его конструкции после достижения плунжерными парами предельного или ниже допустимого состояния по критерию снижения цикловой подачи на режиме пуска дизеля. В корпус ТНВД дизеля устанавливают четыре изношенные плунжерные пары и соединяют их штуцера попарно ТВД через тройник, первый с четвертым, второй с третьим, при этом в ТНВД дизеля устанавливают ремонтный кулачковый вал с профильными четырьмя кулачками, обеспечивающими одинаковые законы подъема толкателей и одинаковый момент начала подачи топлива в попарно соединенных ТВД плунжерных парах, созданный из кулачкового вала ТНВД путем трансформирования третьего и четвертого выступа кулачка, третий, взаимодействующий с толкателем плунжера третьей плунжерной пары, идентичный по форме и расположению второму выступу кулачка, а четвертый идентичный по форме и расположению первому выступу кулачка.
В одном из вариантов, после достижения плунжерными парами предельного или ниже допустимого состояния по критерию снижения цикловой подачи на режиме пуска дизеля комплектуют их по одинаковым характерным показателям.
Сущность изобретения поясняется схемой на фиг. 1, где 1 - корпус ТНВД дизеля УТН-5; 2, 3, 4 и 5 - соответственно первая, вторая, третья и четвертая насосные секции высокого давления ТНВД дизеля рядного типа УТН-5; 6 - вновь отремонтированный кулачковый вал; 7 - толкатель; 8 - тройник высокого давления; 9, 10 и 11 - топливопроводы высокого давления; 12 - форсунка.
3
ТНВД рядного типа УТН-5 имеет четыре секции, каждая из которых имеет в своем составе одну плунжерную пару, включающую втулку и плунжер. Каждая плунжерная пара УТН-5 обслуживает один цилиндр дизеля в существующей конструкции, например, на тракторах МТЗ, ЛТЗ и ЮМЗ. Диагностику ТНВД проводится при ТО-2 и при контроле, при этом пусковая подача топлива на пусковом режиме должна быть не менее 140 мм/цикл, если меньше, то данный ТНВД подвергается утилизации в связи отсутствием возможности восстановление технического ресурса до следующего ТО-2 или до следующего межремонтного срока.
Поэтому в этом случае предлагается ТНВД использовать повторно на двух цилиндровых дизелях, путем соединения нагнетательных полостей насосных секций высокого давления в первую с четвертым, вторую с третьим через тройники высокого давления. Для обеспечения синхронного подъема толкателей плунжеров первого идентично четвертому, второго идентично третьему, необходимо изготовить ремонтный кулачковый вал, для этого трансформируют третий и четвертый выступы кулачков на 180 градусов относительно оси вращения и относительно первоначального расположения каждого кулачка, после доукомплектовывают ремонтный кулачковый вал и устанавливают в корпус ТНВД дизеля УТН-5. Затем соединяют тройники высокого давления через ТВД с форсунками согласно линиям нагнетания топлива на соответствующие цилиндры.
При нагнетании топливо из надплунжерной полости, где оно находится под высоким давлением, перетекает через зазоры в полость низкого давления, в результате чего снижается цикловая подача. Наиболее чувствительна к износу пусковая подача, что обусловлено низкими скоростями движения плунжера на пусковом режиме и растянутостью во времени этого процесса. Поэтому плунжерная пара при граничном предельном износе не может выполнять заданную функцию в полном объеме, а при величине износа больше допустимой, но меньше предельного значения, функциональная способность позволяет обеспечить работоспособность насоса. Тем не менее, такие плунжерные пары выбраковывается с явно выраженным остаточным ресурсом, в связи преждевременной заменой в период прогнозирования.
Однако, при использовании двух таких плунжерных пар в место одной пары, срок службы может быть прогнозируемым.
Поэтому предлагается устанавливать в корпус ТНВД дизеля отремонтированный кулачковый вал с трансформированными третий и четвертый выступами кулачков для синхронной подачи топлива первую с четвертым, вторую с третьим через тройники высокого давления.
При таком соединении плунжерных пар повышается надежность ТНВД дизеля за счет удвоения активного хода, увеличивается объем пусковой подачи топлива на пусковом режиме.
Способ ремонта ТНВД рядного типа УТН-5 реализуется следующим образом.
3
3
Поступивший из эксплуатации в сервисное предприятие ТНВД дизеля типа УТН-5 подвергают диагностике, при которой определяют фактическое значение пусковой подачи топлива [5] и сравнивают его с допускаемым значением, указанным в технических требованиях [4, с. 31, 32] или [5, с. 252]. Допустим, фактическое значение цикловой пусковой подачи топливовпрыскивающего насоса дизеля УТН-5 составляет 130 мм/цикл, что меньше допускаемого, равного 140 мм/цикл - при принятой технологии капитального ремонта такая плунжерная пара не может использоваться и выбраковывается.
В соответствии с заявляемым способом ремонта топливовпрыскивающего насоса выбракованные такие плунжерные пары используются повторно после их утилизации. Для этого выбракованные плунжерные пары комплектуют по одинаковой производительности в количестве четырех; затем создают ремонтный кулачковый вал (фиг. 2), для этого трансформируют третий и четвертый выступы кулачков на 180 градусов относительно оси вращения и относительно первоначального расположения каждого кулачка. Доукомплектовывают ремонтный кулачковый вал 6 и устанавливают в корпус 1 ТНВД дизеля УТН-5 (фиг. 1).
Устанавливают в корпус 1 (фиг. 1) ТНВД дизеля УТН-5 плунжерные пары 2, 3, 4, 5 и нагнетательные клапаны, затем прикручиваются штуцера. Далее к штуцерам прикручиваются ТВД 9 и 10 одинаковой длины и соединяют внутренние полости попарно первый с четвертым, второй с третьим через тройники 8 высокого давления.
При этом внутренний диаметр тройника высокого давления должен равняться внутреннему диаметру топливопровода высокого давления. Длина топливопроводов высокого давления должны быть одинаковой длины.
Отремонтированный таким способом ТНВД, может обеспечивать подачу топлива в цилиндры дизеля вдвое меньшим числом цилиндров, чем исходный экземпляр.
Заявляемый способ ремонта ТНВД позволяет повысить ресурс насоса за счет преобразования линий нагнетаний, с повторным использованием выбракованных плунжерных пар для двухцилиндровых дизелей. По результатам исследований установлены, что увеличивается цикловая подача топлива на пусковом режиме на 135-150% относительно исходной, установленной при диагностике.
Технический эффект способа заключается в том, что происходит синхронное нагнетание топлива параллельно первому и второму плунжерам, в результате чего суммарный активный ход плунжеров удваивается, следовательно, цикловая подача топлива подаваемая в цилиндр увеличится.
Установлено, что применение в производстве результатов исследований позволяет увеличить ресурс ТНВД УТН-5 до 1,24 раза.
Предложенный способ при применении в производстве позволит дополнительно отремонтировать 20-25% ТНВД дизеля, выбракованных по причине износа плунжерных пар рядного типа УТН-5.
Использованные источники информации:
1. Ожегов С.И. Словарь русского языка. - 14-е изд., Стереотип. - М.: Рус.яз., 1983. - С. 749.
2. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. - 1990. - 352 с.
3. Топливо и топливоподача автотракторных дизелей / Ю.Б. Свиридов, П.В. Малявинский, М.И. Вихерт.- Л.: Машиностроение, 1979. - С. 55…56, 66…88.
4. Топливные насосы высокого давления распределительного типа / Л.Н. Голубков, А.А. Савастенко, М.Б. Эмиль. - М.: Легион-Автодата, 2005. - С. 31…35.
5. Топливная аппаратура автотракторных и комбайновых дизелей / Технические требования на капитальный ремонт.- М.: ГОСНИТИ, 1989. - С. 249…269.
6. ГОСТ 27.002-89.
7. Кривенко П.М., Федосов Н.М. Дизельная топливная аппаратура. - М.: Колос, 1970. - С. 226…346.
8. Надежность и ремонт машин / В.В. Курчаткин, Н.Ф. Тельнов, К.А. Ачкасов и др. - М: Колос, 2000. - С. 369…378.
9. Способ ремонта топливовпрыскивающего насоса дизеля: пат 2331787 Рос. Федерация: МПК F02M 65/00 / Кулаков М.М., Иванов В.А. - №2007103723/06; заявл. 25.01.07; опубл. 20.08.08, Бюл. №23. - 8 с.: ил.
10. Иванов, В.А. Повышение долговечности распределительных топливных насосов высокого давления путем модернизации: дис. канд. техн. наук: защищена 09.06.11 / Иванов Владимир Андреевич. - Москва, 2011. - 192 с.