Повышение надежности форсунок

Повышение эксплуатационной’ надежности форсунок до уровня, обеспечивающего их безотказную работу на дизеле с вероятностью не менее 0,95 в течение пробега тепловоза 100 тыс. км и более, является актуальной задачей. Для поддержания в эксплуатации удовлетворительного теплотехнического состояния и экономичной работы тепловозных дизелей форсунки снимают с дизеля и контролируют при технических обслуживаниях (300-800 ч работы). Вместе с тем строгое выполнение периодичности и объемов ремонтных операций позволяют поддерживать высокую эксплуатационную надежность не только форсунок, но и зависящих от их работы других узлов дизеля. Надежная работа форсунок возможна только при строгом выполнении профилактических работ по смене и очистке филыроэлементов, предотвращающих попадание грязи и воды, соблюдении чистоты при проведении ремонтных операций. Особенно важно не допустить попадания в распылитель из каналов форсунки и топливопроводов технологической грязи (шлам от механических и сварочных работ, продукты износа во время приработки и сборки) в начальный период эксплуатации. В этой связи обязательно применение таких конструктивных мероприятий, как введение в систему высокого давления перед форсункой щелевого фильтра, обеспечение на поверхностях топ-ливоподйодящих каналов в корпусе форсунки, распылителе и переходных топливопроводов высокого давления шероховатости не более Ла = 2,5 мкм. Кроме того, можно рекомендовать как обязательное введение электрохимических, электрополи-ровочных и электроэрозионных операций по дополнительной обработке поверхностей карманов и каналов распылителя, а также поверхностей других деталей форсунки, находящихся под воздействием движущегося топлива в системе высокого давления. Для каналов, образованных глубоким сверлением (форсунки дизелей Д49, Д70, Д50), допустимо значительное увеличение (до 3 -4 ч) времени технологической обкатки при изготовлении. Топливопроводы низкого давления тщательно протравливают и промывают. ' редпочтительно использование медных топливопроводов в системе от фильтра тонкой очистки до Коллектора топливного насоса. За новыми форсунками, установленными на дизель, необходимо постоянно следить. После работы на дизеле первые 200 - 500 ч в ряде случаев целесообразно демонтировать форсунки вне зависимости от принятых в дальнейшем сроков обслуживания для устранения отрицательных последствий попадания в распылитель технологической грязи, промывки внутренних полостей от продуктов износа при приработке деталей, а также для восстановления оптимального давления открытия иглы после стабилизации характеристики пружины и приработки деталей нагружения.

Надежность распылителей можно повысить, доведя точность их изготовления до уровня, обеспечивающего при сборке устранение взаимной притирки иглы с корпусом. Необходимость проведения взаимной притирки вызывается главным образом значительными отклонениями от правильной геометрической формы конических поверхностей, получаемыми при обработке на окончательных операциях. В процессе проведения взаимной притирки конусов в зоне уплотнительного пояска отклонения в поперечном сечении (круг-лость), как правило, уменьшаются с 1,5-2,5 мкм до 0,5 -0,8 мкм, а в продольном (линейность) за счет взаимного внедрения увеличиваются с 3 - 5 мкм до 7-10 мкм. Кроме того, в связи с тем что распределение геометрических параметров, получаемых при взаимной притирке, подчиняется законам случайных процессов, собранные таким способом распылители имеют многообразие форм сопряжения контактных поясков, отличающихся в том числе по ширине, площади, качеству поверхности и взаимному угловому расположению конусных поверхностей. Низкая надежность таких распылителей (см. рис. 46) уже в начальный период эксплуатации проявляется в отказе части распылителей с наиболее некачественно выполненным сопряжением конусов. Устранение операции взаимной притирки путем повышения точности изготовления прецизионных деталей распылителя позволит технологически обеспечить стабильное оптимальное качество сопряжения рабочих поверхностей. В этом случае срок службы подавляющего большинства распылителей бесподгоноч-ной сборки до начала отказов будет сравним по крайней мере со сроком службы лучших образцов распылителей, собранных с взаимной притиркой.

Для оценки надежности и работоспособности были проведены сравнительные эксплуатационные испытания опытных и контрольных форсунок на дизелях тепловозов ТЭП60 и 2ТЭ10Л. Предварительно на основании специальных исследований и метрологического анализа зарубежных образцов распылителей были разработаны новые технические требования к геометрии и шероховатости прецизионных поверхностей. Требования должны обеспечивать при бесподгоночной сборке такие параметры работоспособности распылителей, как качество распыления, герметичность запорного конуса и плотность, а также быть выполнимыми с точки зрения технологического и метрологического обеспечения. Для опытных партий детали распылителей были взяты с технологических линий заводов, изготавливающих топливную аппаратуру. Окончательные операции выполнялись без использования специального оборудования, в том числе конус корпуса доводился притирами, а конус на иглах шлифовался. Контроль точности исполнения технологических операций обеспечивался новыми измерительными средствами. Для каждого распылителя, подготовленного к сборке, сумма биений конических поверхностей корпуса и иглы во всех случаях не превышала диаметрального зазора между их цилиндрическими поверхностями.

При проведении эксплуатационных испытаний для исключения отказов, связанных с попаданием в распылитель технологической грязи, все опытные и контрольные серийные распылители были установлены на дизели, форсунки которых и топливные системы проработали в эксплуатации не менее 200 тыс. км. Для комплектации контрольных форсунок, участвовавших в сравнительных испытаниях, были отобраны новые распылители, поступившие с заводов-изготовителей и проработавшие в эксплуатации 50-70 тыс. км. Все контрольные форсунки, так же как и опытные, имели перед установкой на дизель только отличные показатели качества рас-пыливания топлива и сухой наконечник после впрыскивания топлива и проверки на герметичность. Опытные и контрольные форсунки подвергались контролю и освидетельствованию через 1000-1500 ч работы. При отказе в работе форсунки (снижение качества распыливания ниже требований ГОСТ 9928 - 71 и герметичности до появления «капли» и «течи») допускался ремонт контрольного серийного распылителя с применением взаимной притирки конусов, для опытных распылителей разрешалась только разборка форсунки и промывка распылителя.

Секции тепловозов ТЭП60 с опытными и контрольными форсунками работали спаренными в эксплуатации 280 тыс. км («5000 ч для пассажирского вида движения). Сравнительные результаты проверок работоспособности опытных и серийных распылителей с выделением нарастающим итогом основных видов дефектов и неис правностей за весь период сравнительных испытаний приведены на рис. 95. За время испытательного периода 86% опытных форсунок сохранили свою работоспособность, в то время как серийные форсунки неоднократно ремонтировали и более 50% распылителей в них потребовали замены. Следует, однако, отметить, что как в опытных распылителях, так и в серийных, проработавших весь период эксплуатации без ремонта конусного уплотнения, наметилось снижение герметичности конуса. Так, у опытных распылителей герметичность конусного уплотнения находилась на уровне показателей «сухо» только у 42% распылителей, у 52 % распылителей наблюдалось мокрение без видимого объема, а в 6 % распылителей образовывалась капля, в том числе и после впрыскивания топлива. Как показал метрологический анализ, на контактных кромках конусов игл и корпусов таких распылителей форсунок дизелей 11Д45 после работы порядка 5000ч можно наблюдать четко выраженный усталостный характер разрушения металла от циклической ударной нагрузки, вызывающего появление трещин и сколов глубиной 1-2 мкм, а также следы кавитацион-

Результаты проверок работоспособности опытных и серийных форсунок дизелей 11Д45 за пробег 280 тыс. км

Рис. 95. Результаты проверок работоспособности опытных и серийных форсунок дизелей 11Д45 за пробег 280 тыс. км: а - снижение качества распыливания ; 6 - нарушение герметичности конусного уплотнения; в - замена распылителя; г - ремонт распылителя но-эрозионных поражений кромок. Все это вызывает искажение круглости в зоне контактного уплотнения, а следовательно, и ухудшение герметичности.

Сопоставление стандартных показателей надежности указывает на существенные преимущества форсунок с опытными распылителями бесподгоночной сборки. Так, при увеличении межремонтных пробегов до 80 тыс. км у опытных форсунок меньше в 7,3 раза отказов и в 6,4 раза дефектов; средняя наработка соответственно составляет для опытных и серийных форсунок на отказ 2,33 и 0,319 млн. км, на дефект-1,75 и 0,27 млн. км.

В процессе эксплуатационных испытаний было проведено также сравнение расхода топлива секциями А и Б одного из тепловозов 2ТЭП60, на дизелях которых были установлены контрольные и опытные форсунки. В течение первых 1,5 мес работы, когда контрольные форсунки с серийными распылителями и опытные с распылителями бесподгоночной сборки имели примерно одинаковое техническое состояние, экономичность обеих секций мало различалась. По мере увеличения пробега до 80 тыс. км секция Б с опытными форсунками имела расход топлива меньше на 1,3%. К этому периоду эксплуатации 3 контрольные форсунки с серийными распылителями имели пониженные показатели, причем две из них, замененные после пробега тепловоза 84 тыс. км, были на уровне отказа. Наибольшая разница расходов топлива (2,7 % в пользу секции с опытными форсунками) возникла тогда, когда в эксплуатации находилось 9 контрольных форсунок с пониженными показателями технического состояния, в то время как на секции Б только одна форсунка имела ухудшение герметичности конуса.

Среднестатистические значения глубины выработки с в месте контактного пояска и максимальной глубины сколов и вмятин т на поверхности конусов корпусов распылителей

Рис. 96. Среднестатистические значения глубины выработки с в месте контактного пояска и максимальной глубины сколов и вмятин т на поверхности конусов корпусов распылителей:

I - опытных форсунок дизелей типа Д100; 2 -

серийных форсунок дизелей типа Д49

Исследования последних лет подтвердили, что направление совершенствования, связанное с повышением точности изготовления прецизионных деталей, рационально и обязательно для всех топливных систем, но в то же время может оказаться недостаточным для решения проблемы повышения надежности форсунки до уровня требований эксплуатации. Так, в серийной форсунке дизелей типа Д100 из-за недостаточно жесткой конструкции и несовершенства схемы нагружения распылителя имеют место упругие деформации прецизионных по верхностей от монтажных и рабочих нагрузок. Следовательно, дополнительно необходима разработка конструктивных мероприятий, обеспечивающих при работе сохранение неизменными точно выполненных параметров прецизионных поверхностей.

Опыт эксплуатации новых тепловозов с дизелями типов Д49 и Д70 показал, что применение высокофорсированных по параметрам впрыскивания топливных систем неизбежно связано с повышением механических и термических нагрузок на прецизионные детали, интенсификацией эрозионно-кавитационных и коррозионных процессов. Это в свою очередь может вызвать резкое повышение темпов износов и разрушений рабочих кромок конических поверх-

Среднестатистические значения глубины трещин Г на контактной кромке и максимальной глубины Е каверн и сколов на поверхности конуса игл распылителей

Рис. 97. Среднестатистические значения глубины трещин Г на контактной кромке и максимальной глубины Е каверн и сколов на поверхности конуса игл распылителей:

1 - опытных форсунок Д100, 2 - серийных форсунок дизелей типа Д49

ностей распылителя и, следовательно, от-казы форсунок на ранних стадиях эксплуатации. Для опытных форсунок дизелей типа Д100 (рис. 96 и 97), в которых за счет применения распылителей подвесной конструкции, изготовленных по технологии бесподгоночной сборки, были исключены деформационные дефекты прецизионных поверхностей, выработки (с) и разрушения (т) в виде сколов контактных поясков на конической поверхности конусов корпусов достигают максимальных значений (2,0-

2,5 мкм), приводящих к нарушению герметичности распылителя, после работы в эксплуатации в течение пробега 400- 500 тыс. км. Развитие глубины (Г) микротрещин на контактных кромках игл за этот же период пробега не превышает 1 мкм и не является еще лимитирующим в работоспособности этого распылителя. В то же время форсунки дизелей типа Д49 при эксплуатационном пробеге до 200 тыс. км и периодичности их контроля через 50 тыс. км имели нарушения герметичности конусов ниже требований ГОСТ 9928 - 71 в 35 - 72% распылителей. Эти нарушения вызывались: появлением усталостных трещин и сколов на контактных кромках игл и корпусов глубиной до 2,0-2,5 мкм уже при пробеге 10-30 тыс. км; образованием вмятин на запирающих конусах глубиной до 20 мкм; развитием кавитационно-эрозионных разрушений на контактных кромках, а также термокоррозионных поражений конусной поверхности глубиной до 10-12 мкм. В этом случае повышение надежности работы форсунки связано с решением проблемных конструкторских задач, направленных на предотвращение развития или резкое снижение темпа роста вышеуказанных преобладающих видов износа, характерных для высокофорсированных топливных систем.

Улучшение работы аппаратуры на режиме холостого хода | Топливные системы тепловозных дизелей. Ремонт, испытания, совершенствование. | Монтажные деформации распылителей форсунок и их устранение