Курсовая работа: Поршень дизеля Д49: конструкция и ремонт
Сроки службы крышек цилиндров должны быть равны сроку службы самих дизелей, т.е. 20-ти годам, или 3,6 млн. км. пробега тепловоза. Фактические же сроки службы крышек составляют 800 тыс. км.
Средняя сменяемость крышек на капитальном ремонте на Воронежском ТРЗ составляет 10 шт. на дизель, или 62,5 %. По требованиям ТУ на дизель типа Д49 допускается сменяемость только 15% крышек, или 2,4 крышки за весь срок службы дизеля.
По ТУ сроки службы поршней и втулок цилиндров должны быть равны сроку службы дизеля до капитального ремонта (1млн. 200 тыс. км.). Фактически же средние сроки их службы находятся в пределах 600 – 800 тыс км.
Особенно высокая повреждаемость крышек и втулок цилиндров была на дизелях 2ТЭ121 в депо Попасная Донецкой дороги. Так, по данным этого депо, на 30-ти дизелях примерно за 2 года эксплуатации было сменено 78 крышек цилиндров, т.е. в среднем 2,6 крышки на один дизель. На некоторых дизелях в течении этого периода одновременно сменялось до восьми крышек. По три крышки цилиндра были сменены на трёх тепловозах при их пробегах менее 100 тыс. км. Всего за этот период было сменено 20 крышек при пробеге от изготовления дизелей менее 200 тыс. км.
Из-за трещин были установлены случаи сменяемости одновременно до двух втулок цилиндров на дизеле. Из-за задира были случаи замены одновременно до четырёх гильз (втулок) цилиндров.
В 1993 г. в депо Елец полностью сменили: все втулки цилиндров на пяти дизелях; гильзы на двух дизелях; резиновые кольца рубашек и водяных втулок на семидесяти дизелях, а резиновые кольца переливных трубок втулок цилиндров на пятидесяти дизелях.
Эксплуатационные наблюдения показывают, что поршни дизелей типа Д49, имеющие составную конструкцию, обладают целым рядом серьезных недостатков по сравнению с цельнолитыми поршнями, применяемыми на отечественных и зарубежных дизелях.
Из депо Дно Октябрьской дороги в 1995 г. во ВНИИЖТ поступило сообщение о том, что в поршнях дизелей типа Д49 наблюдаются значительные отложения нагара в их головках .Из депо было доставлено во ВНИИЖТ 13 головок поршней.
Рисунок 1.2 - Отложение нагара в головках поршней дизелей типа Д49 после пробега 510 тысяч километров
Из рисунка видно, что нагар в значительных количествах откладывается в центре головки и по ее краю, перекрывая почти полностью отверстия для перетока масла из центральной части в край головки (для перетока масла в головке имеется 12 отверстий диаметром 5 мм).
Осмотр поршней показал, что отложения нагара в центре днища и по краю головки было наименьшее, если отверстия для перетока масла были забиты нагаром только частично. Отсюда следует вывод, что отверстие для перетока масла диаметром 5 мм является недостаточным. Оно должно быть увеличено до 8,5 мм, имеющимся в головке составного поршня дизелей 11Д45 и 14Д40, в которых не наблюдается таких отложений нагара, как в поршнях дизелей типа Д49.
В некоторых головках поршней, доставленных из депо Дно, в середине перемычек головки для тарелок впускных клапанов (в самом тонком месте, где толщина перемычки составляет 2,8 мм) возникают термические трещины из-за перегрева головки при отложении нагара. Во время ремонта в целях повторного использования головок рекомендуется эти трещины удалять путем разделки на всю высоту перемычки (примерно 100 мм), на ширину в верхней части до 6,0 мм и у основания трещин до 3,0 мм с радиусом 1,5 мм.
Большие отложения нагара были обнаружены в головках поршней дизелей тепловозов 2ТЭ116 номеров 1315, 1316 и 1352 приписки депо Жмеринка на ремонте ТР-2 после пробегов в интервале 214 — 294 тыс. км. Толщина нагара находилась в пределах 15 — 20 мм, уменьшение проходного сечения в отверстиях для перелива масла достигало 50 — 80 %. При этом использовалось масло марки М14Г2.
На испытаниях тепловозов 2ТЭ116 в депо Основа и Полтава было обнаружено значительное количество поршней (37 шт.) на 14-ти секциях тепловозов, не имевших слива масла из поршней. Такие случаи отмечались в депо Кочетовка, Елец и Жмеринка. Отсутствие слива масла возникает при полностью забитых нагаром отверстиях для перетока масла из центра в край головки поршня в соответствии с рисунком 1.2.
2 .Модернизация и ремонт поршня дизеля типа Д49
2.1 Варианты модернизации поршня дизеля Д49
У поршня дизеля Д49 головка поршня изготовлена из жаростойкой стали ЭИ415, а тронк из алюминиевого сплава АК6. Охлаждение этого поршня обеспечивается взбалтыванием масла, которое подается через отверстие в шатуне и алюминиевый стаканчик сначала в центральную полость охлаждения поршня, а затем в кольцевую периферийную[1].
Применявшаяся ранее конструкция поршня дизеля Д49 характерна расположением всех колец выше оси пальца в соответствии с рисунком 2.1.
Рисунок 2.1 - Составные охлаждаемые поршни дизеля 5Д49
а - до модернизации; б - модернизированный повышенной газоплотности; 1-тронк; 2-кольца маслосъёмные; 3-кольцо торсионное; 4-кольца компрессионные; 5-головка; 6-стакан; 7-пружина.
Для уменьшения расхода масла на угар и прорыва газов в картер, в конструкцию поршня внесены следующие изменения: увеличено расстояние от крышки цилиндра до поршня за счет уменьшения высоты головки поршня; фрезеровки в головке под клапаны выполнены несквозными; установлены три верхних компрессионных кольца с односторонней трапецией и четвертое торсионное кольцо; второе маслосъемное кольцо расположено ниже оси пальца и выполняет роль дозатора расхода, масла; уменьшен зазор между тронком и втулкой цилиндра.
Испытания показали, что модернизированный поршень снижает в 2 раза расход масла на угар, в 1,5 раза повышает срок службы по загрязненности и на 30% снижает прорыв газов в картер. Практически ликвидируются отложения нагара на поршень и крышку цилиндра со стороны камеры сгорания.
Рисунок 2.2 - Температуры в различных точках головки поршня дизеля 1А-5Д49
Над первым компрессионным кольцом температура не превышает 170°C (в соответствии с рисунком 2.2).Умеренные температуры обеспечивают хорошую износостойкость ручьев компрессионных колец. Исследования относительного изменения тепловых и механических напряжений в головке поршня Д49, выполненного на одноцилиндровом отсеке, показали: уровень тепловых напряжений превосходит механические примерно в 2 раза. Схема охлаждения с подводом охлаждающего агента в зону колец эффективно снижает теплонапряженность головки поршня; снижение давления подачи масла ниже номинального (Рм =0,4 МПа) приводит к увеличению уровня температурных напряжений во всех исследованных точках головки поршня. В зоне первого компрессионного кольца при уменьшении давления с 0,4 до 0,2 МПа температурные напряжения возрастают в 1,65 раза, на поверхностях, охлаждаемых маслом, в 1,5 раза и т.д.
Износостойкость алюминиевых поршней можно повысить глубоким анодированием электролизным способом. При этом получается пористая пленка окиси алюминия толщиной 0,08—0,1 мм, которая обладает резко пониженной теплопроводностью, повышенной маслоемкостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью.
На дизелях типа Д49 наблюдается высокая сменяемость компрессионных колец: на ремонтах ТР-2 и ТР- 3 заменяется до 50% поршневых колец от числа установленных на поршнях. Компрессионные кольца сменяются, главным образом, из-за износа хромого покрытия у замка на длине 40-50 мм, а также из-за достижения предельного значения зазора у замка.