Результаты длительных ресурсных испытаний серийного дизеля тепловоза ЧМЭ-3

УДК 621.43.016.4

РЕЗУЛЬТАТЫ ДЛИТЕЛЬНЫХ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ СЕРИЙНОГО ДИЗЕЛЯ ТЕПЛОВОЗА ЧМЭ-3

В.В. Шпаковский, доцент, ст. науч. сотр., Национальный технический университет «ХПИ»

Аннотация. Приводятся результаты 14-летних исследований ресурса серийного дизеля тепловоза ЧМЭ-3 и, в частности, ресурса деталей, лимитирующих срок службы дизеля - гильз цилиндров, верхних канавок поршневых колец и цилиндрической части поршней. За время эксплуатации с ноября 1989 г. по 13.10.2008 г. дизель наработал 137718 моточасов и 3 раза производилась замена цилиндро-поршневых групп. Первая замена произошла после наработки 36232 моточасов, вторая - после 54974 моточасов, третья - после 46512 моточасов. Установлено, что ресурс цилиндро-поршневой группы серийного дизеля тепловоза ЧМЭ-3 находится в пределах 36-55 тыс. моточасов. Работа выполнена с целью оценки ресурса маневровых тепловозов, эксплуатирующихся в Украине в настоящее время.

Ключевые слова: двигатель, дизель, маневровый тепловоз, ресурс, поршень, гильза, цилиндр.

Введение

На железных дорогах Украины пристанционные, маневровые и маневрово-вывозные работы осуществляются парком маневровых тепловозов заграничного производства. Среди них тепловозы производства России занимают лишь 1,3%, а остальные - производства Чехии. Из всех маневровых тепловозов тепловозы серии ЧМЭ-3 занимают более чем 83%, что составляет около 1000 единиц. Согласно прогнозам «Укрзалiзнищ» парк маневровых тепловозов каждый год уменьшается, а объемы перевозок и выполнение маневровых работ увеличиваются.

Проблема заключается в необходимости увеличения ресурса маневровых тепловозов, эксплуатируемых на железных дорогах Украины, так как обновление тягового подвижного состава, в частности маневровых тепловозов, требует значительных капитальных вложений.

Для решения проблемы повышения ресурса маневровых тепловозов необходимо провести оценку ресурса эксплуатируемых тепло-

возов. Нерешенной частью этой проблемы является оценка ресурса дизелей и, в частности, ресурса деталей, лимитирующих срок службы дизеля - гильз цилиндров, поршневых колец, поршней.

Способы решения проблемы. Был выбран серийный тепловоз ЧМЭ-3 №6835 выпуска ноября 1989 г. с серийными поршнями в дизеле, и с декабря 1994 г. в течение 14 лет осуществлялось наблюдение за работоспособностью дизеля тепловоза.

Цель и постановка задачи

Целью данной работы является исследование ресурса дизелей маневровых тепловозов Чешского производства ЧМЭ-3 в процессе длительной эксплуатации.

Была поставлена задача оценить износ деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ).

При проведении текущих ремонтов тепловоза осуществлялся микрометраж поршней и гильз цилиндров.

Обоснование научных и практических результатов

С конца 1989 г. по 13.10.2008 г. дизель наработал 137718 моточасов. За этот период в дизеле серийного тепловоза 3 раза производилась замена цилиндро-поршневых групп.

Оценка ресурса дизеля началась с 1994 г., когда при проведении текущего ремонта ТР-2 в декабре 1994 г. в дизель были установлены все 6 новых ЦПГ. К этому времени дизель наработал около 36232 моточасов. Контрольные наблюдения за ЦПГ дизеля тепловоза ЧМЭ-3 №6835 осуществлялись в декабре 1995 г., декабре 1999 г., июле 2002 г., 2005 г. и октябре 2008 г. В июле 2002 г. были заменены 3 ЦПГ в 3-ем, 4-ом и 6-ом цилиндрах. За время с декабря 1994 г. по июль 2002 г. дизель наработал 54974 моточаса. К проведению следующего капитального ремонта дизель наработал с июля 2002 г. по 13.10.2008 г. 46512 моточасов. В октябре 2008 г. дизель был разобран, был проведен осмотр и микрометраж ЦПГ.

При осмотре серийных поршней дизеля тепловоза ЧМЭ-3 №6835 был установлен значительный износ цилиндрической части головки поршней, а износ верхних кольцевых канавок превышал допустимые значения. На днищах поршней образовался нагар толщиной до 1 мм и начал отслаиваться. При попадании в зазор между гильзой и поршнем он вызвал износ цилиндрической части головки поршня (табл. 1), юбки поршня, поршневых колец и кольцевых канавок.

На всех поршнях имелись задиры, износ канавок верхних поршневых колец (рис. 1) превысил допустимые размеры и для дальней-

шей эксплуатации поршни были непригодны

и заменены новыми. В, мм

[1 1 п 2 [1 3 [1 4 [1 5 [1 б № поршня

Рис. 1. Размеры канавок верхних поршневых колец после наработки 46512 моточасов: В - ширина канавки, мм

Рассмотрим изменение диаметров гильз в процессе наработки.

Измерения диаметров гильз осуществилось с декабря 1994 г. во время проведения текущих ремонтов. Примерно до 40 тыс. моточасов наработки износ гильз происходит одинаково во всех цилиндрах.

В дальнейшем гильзы в 3-ем и 6-ом цилиндрах изнашиваются быстрее остальных, а в гильзе 4-го цилиндра появились глубокие царапины. Величины износа гильз после наработки 54974 моточасов до июля 2002 г. показаны на рис. 2.

После проведения ТР-3 в июле 2002 г. и установки новых ЦПГ в 3-ий, 4-ый и 6-ой цилиндры дизель наработал 46512 моточасов. Результаты измерений диаметров гильз в июле 2002 г. и 13.10.2008 г. приведены в табл. 2.

Расстояние от среза юбки, мм Диаметр юбки поршня перпендикулярно оси пальца, мм

13.10.2008 г. Т=20°С

Поршень № 1 Поршень №2 Поршень №3 Поршень №4 Поршень №5 Поршень №6

270 309,33 309,39 309,45 309,47 309,42 309,43

170 309,45 309,48 309,49 309,54 309,49 309,50

50 309,67 309,62 309,63 309,58 309,69 309,62

Таблица 1 Результаты измерений поршней тепловоза ЧМЭ-3 №6835 после наработки 46512 моточасов с июля 2002 г. по 13 октября 2008 г.

Рис. 2. Износ гильз после наработки 54974 моточасов до июля 2002 г.

Таблица 2 Результаты измерений гильз дизеля тепловоза ЧМЭ-3 №6835

Л з <и а о о г Диаметр гильзы, мм

Расстояние от верхне гильзы, мм

07.2002 г. Т=20°С 13.10.2008 г. Т=15°С

Перпендикулярно оси пальца Параллельно оси пальца Перпендикулярно оси пальца Параллельно оси пальца

Гильза №1

85 310,20 310,19 310,27 310,27

400 310,13 310,07 310,18 310,13

700 310,22 310,06 310,08 310,05

Гильза №2

85 310,26 310,11 310,36 310,3

400 310,28 310,09 310,19 310,09

700 310,11 310,07 310,08 310,06

Гильза №3

85 310,13 310,06 310,33 310,20

400 310,16 310,06 310,09 310,07

700 310,06 310,03 310,06 310,05

Гильза №4

85 310,05 310,07 310,32 310,15

400 310,09 310,09 310,04 310,03

700 310,08 310,09 310,08 310,05

Гильза №5

85 310,28 310,09 310,34 310,28

400 310,26 310,08 310,08 310,04

700 310,16 310,09 310,08 310,05

Гильза №6

85 310,02 310,03 310,22 310,13

400 310,02 310,00 310,06 310,05

700 310,01 310,06 310,07 310,03

По результатам измерений построены графики изменения диаметров гильз по мере наработки (рис. 3).

Дг,мм 310,5 310,4 310,3 310,2 310,1 310 309,9

г ✓

✓ ✓ А

---

* ✓

25

50

75 100

♦ г1  г2 Ж гЗ X г4 Ж г5 [6

Н,тыс. м ото час.

Рис. 3. Изменение размеров гильз серийного дизеля по мере наработки с декабря 1994 г. по 13.10.2008 г.

Из графика следует, что скорость износа новых гильз, установленных в 3-ий, 4-ый и 6-ой цилиндры гораздо больше скорости износа гильз, имеющих наработку с декабря 1994 г. За время работы дизеля с июля 2002 г. по 13.10.2008 г. износ гильз серийного тепловоза приведен на рис. 4.

Рис. 4. Величина износа гильз за время наработки 46512 моточасов с июля 2002 г. по 13.10.2008 г.

Гильзы дизеля имели продольные царапины и значительный износ, были признаны непригодными к дальнейшей эксплуатации и были заменены новыми.

Выводы

В дизеле серийного тепловоза с ноября 1989 г. по 09.09.2008 г. 3 раза производилась замена цилиндро-поршневых групп. Первая замена всех 6 комплектов ЦПГ была произведена после наработки примерно 36232 моточасов в декабре 1994 г. Вторая замена в 3-ем, 4-ом и 6-ом цилиндрах произведена после наработки 54974 моточасов в июле 2002 г. Третья замена 6 комплектов ЦПГ была произведена в октябре 2008 г. после наработки 46512 мото-

часов. Таким образом, ресурс ЦПГ серийного дизеля тепловоза ЧМЭ-3 находится в пределах 36-55 тыс. моточасов.

Литература

1. Теслик А.Г., Шпаковский В.В. Повышение надёжности и долговечности тягового подвижного состава импортного производства с учётом экологических требований // Материалы международной конференции «Технологии ремонта машин и механизмов» «РЕМОНТ-98»). Часть 1. - К.: Общество «Знание», 1998. - С. 25-27.

2. Шпаковский В.В. Поршни с корундовой поверхностью // Материалы международной конференции «Технологии ремонта машин и механизмов» «РЕ-МОНТ-98»). Часть 2. - К.: Общество «Знание», 1998.- С. 63-6.

Рецензент: Ф.И. Абрамчук, профессор, д.т.н., ХНАДУ, Харьков.

Статья поступила в редакцию 17 февраля 2009 г.