Методы испытания плунжерных пар топливной аппаратуры дизеля

стик безотказности и эксплуатационной технологичности. При окончательном выборе стратегии ТО и Р учитываются возможные последствия отказа изделия, степень его приспособленности к проведению контроля технического состояния при эксплуатации и замене в заданное время при необходимости. Большое влияние на выбор стратегий оказывает также фактор, определяющий расходы на проведение ТО и Р при разных конкурирующих стратегиях.

Список литературы

1. Система перспективных методов и средств технического диагностирования машин и оборудования АПК: научный отчет. — М.: ГОСНИТИ, 1996. — 61 с.

2. Ицкович, А.А. Обоснование программ технического обслуживания и ремонта машин / А.А. Ицкович. — М.: Знание, 1983. — 176 с.

3. Смирнов, Н.Н. Эксплуатационная технологичность летательных аппаратов / Н.Н. Смирнов, Ю.М. Чинючин. — М.: Транспорт, 1994. — 255 с.

УДК 631.3.

А.А. Мылов, канд. техн. наук, доцент

ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»

методы испытания плунжерных пар топливной аппаратуры дизеля

От работы топливной аппаратуры зависят основные мощностные и экономические показатели дизеля, его надежность и стабильность параметров, удельные весовые и объемные характеристики, уровень создаваемого шума, а также токсичность и дымность отработавших газов. Обеспечение высокой технико-экономической эффективности дизеля возможно в том случае, когда топливная аппаратура будет удовлетворять ряду следующих специальных требований [1, 2]:

• создавать высокое давление в системе топли-воподачи;

• отмеривать (дозировать) порции топлива, соответствующие нагрузке дизеля;

• подавать топливо в камеру сгорания в определенный момент;

• подавать топливо в течение заданного промежутка времени с определенной интенсивностью;

• обеспечивать одинаковую подачу топлива во все цилиндры дизеля при любой нагрузке;

• хорошо распыливать и равномерно распределять топливо по объему камеры сгорания. Характеристика впрыска определяется для каждого конкретного режима работы топливной аппаратуры суммарным влиянием гидродинамических параметров всех элементов нагнетательного тракта, которые, в свою очередь, зависят от конструкции того или иного элемента, а также от принятых на заводе-изготовителе допусков на точность его геометрии.

Таким образом, обеспечить идентичность характеристики впрыска топлива по цилиндрам дизеля можно только установкой на всех нагнетательных трактах топливной аппаратуры элементов, специально подобранных по идентичности своих гидродинамических параметров.

Зазор в сопряжении плунжер-втулка не может являться критерием оценки технического состояния плунжерных пар, особенно при ремонте топливной аппаратуры, потому что это величина переменная. Она зависит не только от локальных участков износа, но и от монтажных деформаций, давления топлива. Это обусловливает значительную неравномерность зазора по длине плунжерной пары и делает практически невозможным его измерение.

Определение зазора в плунжерных парах весьма трудоемкая операция, требующая сложных приборов высокого класса точности и высококвалифицированного обслуживающего персонала. Однако наличие зазоров в плунжерных парах не характеризует в полной мере их уплотняющих свойств, особенно при местных износах. Это объясняется тем, что зазор определяется лишь в некоторых местах или поясах прецизионных поверхностей плунжера и втулки, а уплотняющие свойства плунжерной пары зависят от качества и степени изнашивания всей рабочей поверхности детали, оценить которые весьма сложно. Поэтому техническое состояние плунжерных пар оценивают различными методами, используя комплексные показатели.

Наиболее широкое распространение получил метод оценки технического состояния плунжерных пар, основанный на измерении времени перетекания через зазор плунжерной пары рабочей жидкости под постоянным давлением. На основе данного принципа работают гиревые стенды КИ-3369 [3].

Основным критерием качества прецизионных пар является гидравлическая плотность, характеризуемая временем просачивания жидкости или воздуха под определенным давлением в зазор плунжерной пары.

На ремонтных предприятиях плотность плунжерных пар служит основным критерием оценки их технического состояния. Оценивают плотность при гидравлической опрессовке пар под статическим давлением на специальных приборах.

С износом плунжерных пар их макро- и микрогеометрия значительно изменяются, тем самым изменяя размер и форму зазора. Абразивно изношенные поверхности имеют значительные неровности и углубления в виде царапин и бороздок, образующих микроканалы. За счет этого увеличивается размер и изменяется форма зазора в сопряжении плунжера и втулки. Все перечисленные факторы являются следствием износа плунжерных пар.

При испытаниях плунжерных пар на приборе КИ-3369 установлено, что от угла поворота плунжера гидроплотность зависит незначительно. Плунжерные пары, имеющие малые зазоры и повышенную гидравлическую плотность, чувствительны к изменению температуры. Поэтому при испытаниях необходимо следить за температурой не только испытательной жидкости, но и помещения, и плунжерные пары нужно выдержать несколько часов при заданной температуре. Также при испытании приходилось многократно замерять гидроплотность и контактировать с плунжерными парами. От прикосновения их температура изменялась, изменялись и результаты испытаний.

Испытания показали существенную зависимость гидроплотности плунжерных пар от их максимального суммарного износа (рис. 1).

Проведенные автором испытания 100 плунжерных пар Ногинского завода топливной аппаратуры, имеющих невысокую гидроплотность, показа-

Суммарный максимальный зазор в плунжерной паре, мк

Рис. 1. Зависимость гидроплотности плунжерных пар от их максимального суммарного износа

76

ли разброс значений цикловой подачи топлива, что не позволило сделать заключение о техническом состоянии изношенных плунжерных пар по гидроплотности с последующим принятием решения о возможности их дальнейшей эксплуатации.

Точность измерения гидравлической плотности зависит от многих факторов, являющихся зачастую причиной необоснованной выбраковки плунжерных пар: монтажной деформации прецизионных поверхностей, попадания воздуха в зазор, изменения формы зазора по высоте золотниковой части, температуры и чистоты испытываемой жидкости.

Гидравлическая плотность не является истинной характеристикой служебных качеств плунжерных пар и, следовательно, не может служить единственным или основным критерием работоспособности плунжерных пар в процессе эксплуатации и выбраковоч-ным признаком пар, имеющих местные износы.

Динамические методы испытания, в основе которых лежат реальные процессы работы топливного насоса, позволяют получить объективные оценки состояния плунжерной пары, имеющие непосредственную связь с изменением цикловой подачи, и устраняют недостатки, присущие статическим методам испытания плунжерных пар.

В ремонтном производстве динамические методы оценки технического состояния плунжерных пар практически не применяют из-за высокой трудоемкости и малой производительности, но широко применяют в эксплуатации при диагностике и техническом обслуживании. Наибольшее распространение получил динамический метод, основанный на измерении максимального развиваемого давления секцией топливного насоса при пусковых оборотах.

При контроле технического состояния плунжерных пар ЯЗТА оказалось, что имеет место большой разброс показаний параметров даже для пар с одинаковым диаметральным зазором. Зачастую плунжерная пара с большим диаметральным зазором имела более высокие показатели максимального давления, чем пара с меньшим зазором. По результатам исследования установлено, что на максимальное развиваемое давление большое влияние оказывает угол установки плунжера во втулке, т. е. активный ход плунжера. Из рис. 2 видно, что на один градус поворота плунжера максимальное развиваемое давление изменяется от 4 до 6 МПа. Каждая плунжерная пара в зависимости от точности изготовления в строго фиксированном положении имеет различный активный ход. На максимальное давление плунжерных пар значительное влияние оказывает отклонение от расчетного активного хода плунжера при строго фиксированном его положении относительно втулки. Экспериментальными исследованиями установлено, что максимальное развиваемое давление начинает уменьшаться при зазоре в плунжерных парах свыше 0,008 мм. Этот эффект нашел примене-

б = 2,0 мкм б = 1,2 мкм

Угол поворота плунжера во втулке, град.

б = 1,0 мкм

б = 1,1 мкм б = 1,0 мкм

Рис. 2. Зависимость максимального развиваемого давления плунжерных пар от угла поворота плунжера во втулке, п = 100 мин1:

8 — зазор в плунжерной паре

ние в эксплуатации при диагностировании технического состояния плунжерных пар с использованием различных устройств. Техническое состояние плунжерных пар обычно проверяют в условиях эксплуатации, не снимая топливный насос с двигателя.

Уменьшение активного хода плунжера и увеличение диаметрального зазора в плунжерной паре ведет к снижению максимально развиваемого давления. Наибольшее влияние диаметрального зазора на максимально развиваемое давление отмечено при частоте вращения кулачкового вала 100 мин-1.

При контроле динамической плотности плунжерных пар автором были выявлены трудности, связанные с большим разбросом показаний параметров плотности, даже для плунжерных пар с одинаковым диаметральным зазором. Отмечены факты, когда у плунжерных пар с большим диаметральным зазором параметры плотности были выше, чем у пары с меньшим зазором. Например, из 100 плунжерных пар наибольшие значения максимального развиваемого давления (Р = 97,5 мПа) и цикловой подачи на номинальном режиме = 126 мм3/цикл) отмечены у плунжерной пары, имеющей диаметральный зазор 2,0 мкм, а наименьшие (Р = 49 мПа; g = 104 мм3/цикл) — у плунжерной пары с диаметральным зазором 1,0 мкм. Следовательно, при испытании плунжерных пар методом максимального развиваемого давления сложно получить достоверную оценку технического состояния плунжерных пар.

Данный метод не может быть признан точным, так как давление не характеризует многие параметры плунжерной пары. Исследования показывают, что значительная цена деления манометра, относительно быстрое нарушение тарировки прибора, утечка топлива через распылитель, отклонение активного хода плунжера влияют на точность измеряемого показателя. Давление как показатель не может характеризовать размер и форму зазора в силу значительных, различных для каждой плунжерной пары деформаций, которые она будет претерпевать при высоком давлении, не возникающем в процессе работы топливного насоса.

Описанные методы оценки технического состояния плунжерных пар в динамических условиях малопроизводительны, точность оценки зависит от технического состояния нагнетательных клапанов и других элементов топливной системы, невозможен контроль активного хода [4].

Динамика нарастания давления в надплунжер-ной полости секции топливного насоса оказывает наибольшее влияние на процесс топливопода-чи в момент перекрытия плунжером впускного отверстия втулки, т. е. в начале подачи топлива, когда его давление в надплунжерном пространстве растет, но оно еще недостаточно для поднятия нагнетательного клапана (рис. 3).

При гидродинамическом методе расчета процесса топливоподачи уравнение для данного периода имеет вид

йР _ _1_

Л ~ в¥н у ,

где Р — давление топлива; ґ — время; в — коэффициент сжимаемости топлива; Ун — объем надплунжерной полости; / — площадь поперечного сечения плунжера; Ни — ход плунжера; 2у — расход утечек топлива через зазор в плунжерной паре.

Рис. 3. Начало перекрытия впускного отверстия плунжерной пары

При заданной определенной частоте вращения коленчатого вала нового двигателя и соответствующей скорости движения плунжера dhп/dt нарастание давления в надплунжерном пространстве dP/dt будет связано с расходом утечек новых плунжерных пар Qун. Это нарастание давления можно выразить через tgaн:

_ tg а н

Анализ гидродинамических методов расчета процесса топливоподачи показал, что в процессе эксплуатации дизельной топливной аппаратуры с увеличением зазора в сопряжении плунжер-втулка увеличивается расход утечек топлива в зазор плунжерной пары.

Анализ уравнения (1) позволяет заключить, что с ростом расхода утечек топлива Qу давление над плунжером dP/dt будет расти медленнее, а tga и цикловая подача топлива будут уменьшаться, так как Qу стоит в уравнении (1) со знаком минус. Тогда tg а; < tg ан. То есть tga является функцией расхода утечек топлива в зазор плунжерной пары, изменяющийся в ходе эксплуатации из-за износа плунжерных пар:

^ а=!

Таким образом, зависимость давления в над-плунжерной полости секции топливного насоса от расхода утечек топлива и, соответственно, износа плунжерных пар позволяет определять их техническое состояние по нарастанию давления в над-плунжерной полости, а расход утечек топлива определяет снижение цикловой подачи топлива:

- К tg а і

аґ

ар _ _±_

аг ~ в¥н у ,

Из выражения (2) видно, что объем утечек зависит от времени г и будет иметь максимальное значение на режимах с малой скоростью вращения кулачкового вала.

Теоретические выкладки показали связь угла нарастания давления в надплунжерной полости

с техническим состоянием (износом) плунжерных пар. С увеличением их износа угол нарастания давления уменьшается.

Выводы

Выявлена прямая зависимость продолжительности нарастания давления от суммарного максимального износа плунжерных пар. Увеличение износа от 2 до 28 мкм ведет к нарастанию давления с 15 до 36 мс. Испытания показали стабильные результаты, позволяющие достоверно определить техническое состояние плунжерных пар на данный момент.

Выявлена также прямая связь продолжительности нарастания давления с цикловой подачей топлива. Особенно это важно при малой частоте вращения кулачкового вала насоса высокого давления.

Увеличение цикловой подачи топлива вызывает уменьшение продолжительности нарастания давления. Это хорошо согласуется с представленными теоретическими расчетами.

Следует отметить резкое увеличение продолжительности нарастания давления в надплунжер-ной полости (уменьшение угла нарастания давления) при снижении гидроплотности плунжерных пар с 5 с до 0, что имеет место при их значительных износах. Это показывает высокую чувствительность предлагаемого метода оценки технического состояния изношенных плунжерных пар по нарастанию давления в надплунжерной полости.

Список литературы

1. ГОСТ 25708-83. Прецизионные пары топливной аппаратуры дизелей. Общие технические условия.

2. ГОСТ 9927-71. Плунжерные пары топливных насосов дизелей. Технические требования.

3. Топливная аппаратура автотракторных и комбайновых дизелей. Технические требования на капитальный ремонт / А.А. Мылов [и др.]. — М.: ГОСНИТИ, 1989. — 287 с.

4. Топливная аппаратура двигателей ЯМЗ в 6-, 8-, 12-цилиндровом исполнении: рук-во по ремонту / / А.А. Мылов [и др.]. — М.: ГОСНИТИ, 1989. — 138 с.

УДК 631.37

В.П. Чернышев, канд. техн. наук, профессор П.Г. Учкин, преподаватель

ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»

результаты исследования износа цилиндра пускового двигателя

Для запуска основного дизельного двигателя ля наблюдается значительный износ стенок цилин-

во многих случаях используют пусковые двига- дра и изменение геометрии цилиндра. Это связано

тели ПД- 10М. При эксплуатации пускового двигате- с тяжелыми условиями работы, в основном в поле-

78 ------------------------------- Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 3'2009 -----------------------------