Износ прецизионных поверхностей плунжерных пар дизеля

в качестве оценки функции объема пирамиды можно принимать последовательно различные показатели рациональности и эффективности.

Список литературы

1. Малахов, В.С. Ремонт тракторов Т-150 и Т-150К / В.С. Малахов, А.С. Мудрук, П.М. Кривенко. — М.: Колос, 1982. — 222 с.

2. Рогава, Н.М. Исследование и разработка технологии восстановления электролитическим железо-никелевым сплавом деталей чаесборочных и подрезочных машин, работающих при повторно-переменных нагрузках: автореферат дис. ... канд. техн. наук / Н.М. Рогава. — Тбилиси: Изд-во ГрузНИИМЭСХ, 1981. — 23 с.

3. Научные основы технической эксплуатации сельскохозяйственных машин / В.И. Черноиванов, В.М. Мих-лин, М.А. Халфин и др. — М.: Изд-во ГОСНИТИ, 1996. — 360 с.

4. Пат. 2232309 Российская Федерация, МПК7 F 16 С 11/06. Карданный шарнир и способ его технического обслуживания / Е.П. Тимашов, А.Г. Пастухов, Н.Ф. Скурятин. — № 2003100986/11; заявл. 13.01.2003; опубл. 10.07.2004, Бюл. № 19. — 5 с.

5. Шадричев, В.А. Основы технологии автостроения и ремонт автомобилей / В.А. Шадричев. — Л.: Машиностроение, 1976. — 559 с.

6. Новиков, В.С. Проектирование технологических процессов восстановления изношенных деталей: метод. реком. / В.С. Новиков, Н.А. Очковский; под общ. ред. В.С. Новикова. — М.: Изд-во ФГОУ ВПО МГАУ, 2003. — 52 с.

7. Молодык, Н.В. Методика технико-экономического обоснования способов восстановления деталей машин / М.В. Молодык, Г.Л. Гальперин, С.С. Котенко, И.П. Сыч. — М.: Изд-во ГОСНИТИ, 1988. — 32 с.

8. Репетов, А.Н. Методика принятия технического решения / А.Н. Репетов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 1993. — № 12. — С. 28-30.

УДК 631.3.

А.А. Мылов, канд. техн. наук, доцент

ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»

ИЗНОС ПРЕЦИЗИОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР ДИЗЕЛЯ

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

• создавать заданное давление в системе топли-воподачи;

• отмеривать 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. Характеристику впрыска определяют на каждом конкретном режиме 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.

Различия в этих показателях приводит к перегрузке некоторых цилиндров двигателя, что сокращает срок его службы, а в форсированных по коэффициенту избытка воздуха дизелях может приводить к ухудшению топливной экономичности.

Наибольшее влияние на работу дизельной топливной аппаратуры оказывает износ плунжерных пар. Определяющим видом изнашивания является гидроабразивное. В топливе всегда имеются твердые механические частицы. Современные фильтры тонкой очистки топлива не в состоянии отделить частицы менее 0,002 мм. Предусмотренный технологией отстой топлива не всегда осуществим в условиях рядовой эксплуатации, а частицы менее 0,001 мм удерживаются во взвешенном состоянии в топливе даже после длительного отстоя. Процесс топливоподачи характеризуется большими перепадами давления. Топливо, перетекая из полостей низкого давления, увлекает за собой твердые механические частицы, которые снимают с поверхностей прецизионных деталей микростружку. Как правило, плунжерные пары в результате такого вида изнашивания имеют местный износ. Из-за этого снижается цикловая подача и растет неравномерность топливоподачи секциями насоса.

Критерием работоспособности новых плунжерных пар является зазор между рабочими поверхностями плунжера и втулки, а для бывших в эксплуатации — местный износ прецизионных поверхностей плунжера и втулки или утечки топлива [1].

83

Зазор определяют с помощью измерительных приборов с точностью 0,0001 мм. Этот метод применяют в основном на заводах-изготовителях топливной аппаратуры. По результатам измерений происходит сортировка по размерным группам плунжеров и втулок с последующей комплектацией.

При дефектации плунжерных пар, бывших в эксплуатации, измеряют максимальную глубину местного износа на прецизионной поверхности плунжера в зоне головки. Износ на головке плунжера чаще всего имеет форму желоба. В зависимости от условий работы дизеля ширина желоба может быть различной при одинаковой глубине, поэтому для повышения точности используют измерение площади сечения желоба. При такой оценке технического состояния плунжерных пар повышается трудоемкость проведения измерений и усложняется обработка результатов [2].

Для определения погрешности формы и износа прецизионной поверхности плунжерных пар применяют различные профилографы. Профилографы позволяют отображать износы в многократном увеличении в линейных или угловых координатах. Как правило, эти приборы применяют в лабораторных условиях. Профилограммы снимают в определенном сечении плунжера или втулки (рис. 1).

Износы на прецизионной поверхности плунжера отличаются не только по ширине и глубине желоба, но и по длине распространения износа. Измерительных средств для оценки местного износа по трем параметрам нет, да и их применение было бы затруднено в связи со сложностью обработки результатов измерений. На ремонтных предприятиях иногда применяют метод визуальной оценки зоны износа. Главным выбраковочным признаком плунжера служит состояние участка поверхности головки, расположенного против впускного отверстия втулки. Если на этом участке (ширина по окружности 4,5.. .5 мм, длина 9,5.10 мм) от верхнего торца головки плунжера идут продольные глубокие бороздки, которые распространяются за середину головки, а поверхность от большого количества бороздок имеет матовый цвет, то плунжер выбраковывают.

Проверяют также состояние поверхности, прилегающей непосредственно к отсечной кромке. Осматривают через лупу поверхность вдоль всей винтовой кромки, особенно участок, расположенный против перепускного отверстия втулки плунжера. Матовый цвет поверхности и наличие мелких рисок свидетельствуют о большом износе, и плунжерная пара при этом выбраковывается. На основании обработки данных профилограмм (см. рис. 1) установлено, что основные рабочие поверхности плунжерных пар изнашиваются незначительно и относительно равномерно. Их отклонения от правильной формы окружности не превышают 0,2 мкм.

На плунжере наибольший износ наблюдается на поверхности, находящейся напротив впускного отверстия втулки. Изношенные участки можно наблюдать визуально. Чистая блестящая прецизионная поверхность плунжера в этих местах приобретает матовый оттенок. На плунжерах, имеющих большой износ, можно даже невооруженным глазом наблюдать продольные риски, гребенчатую поверхность (рис. 2).

На плунжере типа ЯМЗ износ представляет собой желобообразную канавку с направлением вдоль

Рис. 1. Профилограммы износа плунжера и втулки Рис. 2. Внешний вид изношенного плунжера ЯМЗ

84 ------------------------------------ Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 2'2009 -----------------------------------

его оси. В верхней части головки плунжера обычно имеет место наибольший износ, уменьшающийся с продвижением к середине головки (рис. 3). Так, на расстоянии 0,5 мм от торца головки износ имеет максимальную глубину около 25 мкм (рис. 4). Блестящая поверхность плунжера в результате изнашивания на этом участке становится матового оттенка с продольными рисками.

При продвижении далее по длине головки плунжера максимальная глубина износа уменьшается, ширина износа изменяется незначительно.

На расстоянии 3 мм максимальная глубина уменьшается до 11 мкм, а ширина до 5,1 мм, или 65° окружности плунжера. Располагается износ в зоне активного хода от 0 до 3,0 мм, а зона максимального износа соответствует активному ходу 1 мм (рис. 5). Это подтверждают данные различных исследований о том, что тракторы типа К-700 большую часть периода эксплуатации работают на малозагруженных режимах.

Износ на головке плунжера напротив впускного отверстия втулки располагается по длине до 7.8 мм. У некоторых плунжеров наблюдается выход следов износа на винтовую кромку.

Износы плунжеров УТН несколько отличаются от рассмотренных выше плунжеров ЯМЗ, прежде всего расположением, у плунжеров УТН износ располагается в зоне активных ходов 0,7.5 мм. Максимальный износ 21.23 мкм находится на рас-

Рис. 3. Зависимость глубины износа плунжера ЯМЗ от угла поворота

стоянии 0,5 мм от торца головки плунжера и в зоне активного хода плунжера к = 2,75 мм. У торца головки плунжера форма поперечного сечения износа представляет собой единую желобообразную канавку, затем на расстоянии 2 мм от торца эта канавка раздваивается. Образуются две канавки с центрами при активных ходах плунжера 2 и 4,6 мм. Русло износа при к = 2 мм продолжается на расстояние 8 мм от торца к середине головки плунжера, а при к = 4,6 мм — до 5 мм. Глубина максимального износа (рис. 4) резко уменьшается при продвижении от торца плунжера на 3 мм, затем стабилизируется и заканчивается, исчезают следы износа на расстоянии 6.8 мм. Ширина русла износа прецизионной поверхности плунжера в зоне, расположенной напротив впускного отверстия втулки, у торца составляет 5,5.6 мм, или 75.80° окружности; на расстоянии 5 мм зона износа уменьшается до 2,2 мм, или до 30°.

На прецизионной поверхности плунжера находится еще одна зона, подвергшаяся изнашиванию. Эта зона имеет глубину до 4 мкм, ширину 30.40°, или 2,5.3,5 мм, длину 3.4 мм и находится на отсечной кромке против выпускного отверстия втулки. Отсечная кромка, нормально подрезанная под углом 90°, вследствие абразивного изнашивания скругляется. Изношенная поверхность расположена на расстоянии 5.6 мм от верхнего торца плунжера и захватывает участок, лежащий в непосредственной близости к отсечной кромке. Ширина изношенно-

Расстояние от торца плунжера, мм

Рис. 4. Зависимость глубины износа плунжера ЯЗТА от расстояния от торца плунжера

85

Расстояние от верхней кромки впускного отверстия втулки, мм

Рис. 5. Зависимость глубины износа втулки от расстояния от верхней кромки впускного отверстия

го участка по цилиндрической поверхности незначительна, а наибольшая ширина (2,5.. .3,5 мм) находится напротив перепускного отверстия; по высоте головки износ распространяется на 3.4 мм.

Скругление отсечной кромки различно, максимальный износ находится на участке против перепускного отверстия плунжера. У плунжера типа ЯМЗ этот износ смещен в зону малых активных ходов.

Внешний вид изношенной поверхности отсечной кромки плунжера имеет характерные для абразивного износа бороздки, расположенные перпендикулярно отсечной кромке. Такой характер износа объясняется тем, что в момент перетекания из области высокого давления в область низкого (период отсечки) топливо устремляется с большой скоростью из паза отсечной кромки в выпускное отверстие втулки. Мелкие абразивные частицы, имеющие малую массу, но обладающие значительной кинетической энергией благодаря высокой скорости, острыми кромками снимают микростружку в направлении кратчайшего пути, перпендикулярно отсечной кромке. В последующем быстро движущаяся жидкость размывает эти микроцарапины.

У втулки наиболее интенсивно изнашивается внутренняя поверхность, примыкающая к впускному и выпускному отверстиям. Больший износ находится у впускного отверстия, меньший — у выпускного. Существенных отличий износа втулок типа УТН и ЯМЗ не наблюдается [4].

86

Износ в зоне впускного отверстия охватывает участок в виде желобообразной полосы шириной 5.6 мм, или 70.80° дуги окружности. Изношенный участок располагается вдоль оси втулки, вверх и вниз от впускного отверстия. Наибольшая глубина износа располагается у верхней кромки впускного отверстия и уменьшается с продвижением к торцу втулки. Прецизионная поверхность над верхней кромкой впускного отверстия покрыта параллельными бороздками, расположенными вдоль оси втулки. Кромка имеет большой завал, неровный рваный край.

Со стороны нижней кромки отверстия износ значительно меньше, как по глубине, так и по длине. Так, у кромки глубина износа составляет 15.20 мкм, а через 1,5.2 мм уменьшается до 1.2 мкм.

Местный износ прецизионной поверхности в зоне выпускного отверстия втулки по характеру и размещению отличается от износа у впускного отверстия. Изношенный участок находится с левой стороны кромки отверстия у втулок типа ЯМЗ и с правой — у втулок типа УТН, имеет форму, близкую к прямоугольной полосе, шириной 2,5.3 мм, к верхнему торцу он распространяется на 1.2 мм, к нижнему — 2.3 мм. С другой стороны выпускного отверстия следов износа почти не наблюдается. Такое расположение износа объясняется тем, что при наличии правой винтовой кромки плунжера сначала открывается правая сторона выпускного отверстия. Поэтому перетекающее топливо в момент отсечки наиболее интенсивно изнашивает эту сторону отверстия, тогда как другая сторона прикрыта. Аналогично происходит изнашивание поверхности втулки с левой винтовой кромкой, но уже с левой стороны выпускного отверстия.

Абразивные царапины начинаются от кромки отверстия и идут криволинейно, затем они направляются параллельно оси втулки вверх и вниз, постепенно выравниваются и исчезают. Так располагаются царапины потому, что поток сжатого топлива в момент отсечки перетекает с большой скоростью из полости винтовой канавки наикратчайшим путем, и абразивные частицы наносят царапины, направление которых перпендикулярно отсечной кромке плунжера.

Изнашивание прецизионных поверхностей плунжера и втулки происходит неравномерно. Площадь сечения зазора меняется по длине плунжера и втулки. Следует отметить, что у плунжерных пар типа ЯМЗ износ менее распространен по длине, чем у плунжерных пар типа УТН. Это, по всей видимости, объясняется свойствами сталей, из которых изготовлены пары, и их химико-термической обработкой. Абразивные частицы, попадающие в зазор плунжерных пар типа ЯМЗ, быстрее затупляются и утрачивают свои режущие свойства.

У плунжера наиболее интенсивно изнашивается участок, расположенный напротив впускно-

го окна втулки, у втулки — рабочая поверхность, расположенная над верхней кромкой впускного отверстия. Незначительный износ местного характера наблюдается также у нижней кромки перепускного окна втулки и у верхней кромки винтовой канадки плунжера, примыкающей к перепускному окну.

Анализ изношенных поверхностей плунжерных пар показал, что износы плунжера и втулки носят ярко выраженный абразивный характер. При исследовании снято более 400 профилограмм. На основании их исследования можно утверждать, что изношенные поверхности плунжера и втулки имеют вид желоба, изменяющегося по длине и глубине. Глубина износа изменяется по кривой. Крутизна этой кривой уменьшается с увеличением наработки плунжерной пары. Зона наибольшего износа со-

средоточена у торца головки плунжера и у верхней кромки впускного отверстия втулки. Величина максимального износа плунжера и втулки постепенно уменьшается по длине зоны местных износов. Одновременно с уменьшением глубины по длине желоба у плунжера и втулки происходит ее уменьшение и по ширине.

Список литературы

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

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

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

УДК 624.1-445-62

B.М. Таран, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник

C.В. Дмитриев, мл. науч. сотрудник

ФАУ 25 «Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны России»

мониторинг технического состояния горизонтальных стальных заглубленных резервуаров И оценка ИХ остаточного РЕСУРСА

Обеспечение максимально возможного срока службы резервуарных парков для хранения нефтепродуктов, продление их сроков эксплуатации в условиях жестко ограниченных средств (финансовых возможностей, человеческих ресурсов и др.) — одна из актуальных проблем для технических специалистов, работающих в сфере нефте-продуктообеспечения. Отказы, неисправности или дефекты резервуаров могут приводить к тяжелым последствиям: авариям и катастрофам, поражению окружающей среды, человеческим жертвам, большим финансовым и материальным потерям. Особое значение это имеет для нефтескладов сельскохозяйственных предприятий, где заглубленные горизонтальные резервуары эксплуатируются длительное время, а контроль за их техническим состоянием, как правило, не осуществляется.

При проведении мониторинга технического состояния (ТС) резервуарных парков одна из актуальных задач — объективное, своевременное обнаружение дефектов и организация контроля за развитием этих дефектов из-за старения элементов конструкции резервуаров при эксплуатации.

Основными проблемами мониторинга технического состояния резервуаров горизонтальных стальных заглубленных (РГСЗ), как показал анализ руководящей технической документации, являются

отсутствие достоверной методики оценки технического состояния РГСЗ и четких обоснованных критериев оценки технического состояния РГСЗ, а также достоверного математического аппарата для прогнозирования процессов развития характерных для РГСЗ дефектов.

Сложность задачи оценки технического состояния заключается в многофакторности воздействия условий эксплуатации на РГСЗ. К таким факторам относятся: давление насыпного грунта: воздействие грунтовых вод; избыточное давление нефтепродукта; малоциклические нагрузки, связанные с производством технологических операций; химическое воздействие почвы на металл внешней поверхности резервуаров, а также воздействие хранимого продукта, вызывающее коррозионное поражение с внутренней поверхности резервуара. Эти воздействия приводят к появлению неисправностей и дефектов, которые впоследствии служат причиной возникновения аварийных ситуаций.

Исследование существующих дефектов, характерных для РГСЗ, позволило разделить их на типовые группы:

• трещины и сквозные отверстия;

• дефекты сварных швов;

• изменение геометрии;

87