Поршень дизеля Д49: конструкция и ремонт (стр. 2 из 3)
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.
С первых номеров дизелей типа Д49 до 1981г. Использовались компрессионные кольца с двухсторонней трапецией. Необходимость в таких кольцах вызывалась применением головок поршней без масляного охлаждения. При переходе на масляное охлаждение поршней следовало перейти на кольца прямоугольного сечения. Однако завод перешел на кольца с односторонней трапецией, что сохранило их недостатки и вызвало увеличение зазора в замке из-за износа боковой поверхности.
По чертежам ВНИИЖТа разработаны поршни для дизелей 1А-5Д49 с прямоугольными канавками для компрессионных колец . Эти кольца покрыты слоем пористого хрома. Сначала на рабочую поверхность кольца наносится слой хрома общей толщиной 0,16-0,25 мм, а затем при изменении полярности на электродах в ванне в слое хрома толщиной 0,05- 0,08 создаются поры.
Рисунок 2.3 - Поршень дизеля 1А-5Д49 с прямоугольными канавками для компрессионных колец.
Этот слой повышает способность колец к маслоудерживанию для снижения износа и вероятности задира. Однако слой пористого хрома быстро изнашивается, при повторной установке в дизель существенно возрастает износ колец, и особенно гильз до 260,4 м в зоне остановки первого кольца. По этой причине часто меняются гильзы на ремонтах ТР-3 и даже ТР-2. Более перспективны кольца с маслоудерживающими канавками, применяемые на дизелях фирмы «Дженерал Моторс».
ВНИИЖТ разработал чертежи перспективных колец для дизелей 10Д100 с десятью канавками, для дизелей типа Д40– с девятью канавками и шагом между ними 0,6+0,05 мм, а для дизелей типа Д49 с шестью канавками высотой 6 мм и шагом 0,6 мм, с глубиной 0,15+ 0,05 мм.
По чертежам ВНИИЖТа на Оренбургском ТР3 были изготовлены два комплекта таких колец по 48 шт. с высотами 4 и 6 мм. На АО «Пенздизельмаш» изготовлено по 16 шт. поршней с канавками под цилиндрические кольца высотой 4 и 6 мм. Один комплект поршней на Воронежском ТР3 был установлен на тепловоз 2ТЭ116 приписки депо Серов, а второй комплект– на тепловоз депо Родаково. Из этих депо во ВНИИЖТ не поступали замечания по работе колец и поршней [4].
2.2 Методы устранения нагара в поршне дизеля типа Д49
Причины чрезмерного отложения нагара в головках поршней дизелей типа Д49 — малое количество масла, прокачиваемого через поршни, малые скорости движения масла в поршне, а также высокая температура внутри головки достигает 140 °С, что резко повышает интенсивность отложения нагара на внутренних поверхностях головки.
Для снижения отложений нагара в головках поршней дизелей типа Д49 рекомендуется диаметры отверстий в головках поршней увеличить до 8,5 мм их рассверловкой при разборках.
Для того, чтобы предотвращать отложение нагара в поршне необходимо проверять слив масла из поршней на ремонтах ТО-3 и ТР-1 на неработающем дизеле с включением маслопрокачивающего насоса.
При отсутствии слива такие поршни надо вынимать из втулок цилиндров дизеля и очищать от нагара, прежде всего отверстия для перетока масла.
На отдельных поршнях очистку от нагара в переливных отверстиях в депо Ленинград-Витебский производят высверливанием нагара сверлом с наконечником из твердого сплава, а в депо Ленинград-Варшавский нагар из отверстий удаляют продалбливанием.
Наиболее эффективным способом очистки от нагара головок поршней дизелей типа Д49 от нагара одновременно всех поршней является метод, используемый в депо Дно. Очищают поршни путем погружения головок в расплав солей следующего состава: едкий натрий — 65 % (по весу); азотно-кислый натрий — 30 %; поваренная соль — 5%. Смесь солей нагревается в ванне до 350 — 400 °С; температура расплава солей должна быть 250 °С; удельный вес расплава 1,7 г/см3. Установка для очистки головок от нагара состоит из трех ванн: для расплава солей; для воды; кислотной, содержащей 50%-ный раствор соляной кислоты с добавкой столярного клея. Мощность электронагревателя должна быть 35 — 40 кВт. Время нагрева расплава с комплектом деталей составляет 20 — 35 мин.
Исключение интенсивного отложения нагара в поршнях дизелей фирмы «GeneralMotors» (США) достигается за счет подачи масла в поршни через форсунку, а не через шатун, как на дизелях типа Д49.
В таблице.1. представлены результаты испытаний и расчетных исследований распределения масла в дизеле типа Д49 при двух методах подачи масла в поршни.
Из таблицы видно, что при переходе на подачу масла в поршни через форсунки поступление масла в поршни на номинальном режиме увеличивается в 5 раз. При таком увеличении количества масла в поршне дизеля типа Д49 температура его внутри головки поршня будет не выше 900 С и при этом отложение нагара станет в несколько раз меньшим, исчезнет процесс зарастания нагаром отверстий для перетока масла.
Таблица 1.
Прокачка масла через дизель типа Д49 при подаче его в поршни через шатуны и форсунки
| Параметры | Частота вращения коленчатого вала, об/мин | ||||||
| 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Прокачка масла через дизель, кг/ч* | 35000 | 47000 | 65000 | 80000 | 95000 | 100300 | 115000 |
| Средняя прокачка масла через один поршень, кг/ч* | 535/475 | 545/638 | 546/883 | 520/1087 | 480/1291 | 415/1399 | 305/1562 |
| Прокачка масла через все поршни, кг/ч* | 560/7609 | 720/10218 | 720/14131 | 320/17391 | 680/20652 | 640/22391 | 480/25000 |
| Прокачка масла через поршни в % от прокачки через дизель* | 4,5/27,8 | 8,5/27,8 | 13,4/27,8 | 10,4/27,8 | 8,1/27,8 | 6,4/27,8 | 4,2/27,8 |
* В числителе при подаче масла в поршни через шатуны, а в знаменателе – при подаче масла через форсунки
2.3 Правила ремонта поршня дизеля Д49
Через люки блока цилиндров, при положении поршня в НМТ, осмотреть стопорение шпилек и гаек, а при положении поршня в ВМТ осмотреть состояние рабочей поверхности втулки цилиндра [6].
В случае обнаружения натиров и рисок, способных привести к задиру поршня и втулки, разобрать цилиндровый комплект для устранения неисправности.
При каждом осмотре поршней прокачать дизель маслом и проверить поступление масла к втулке верхней головки шатуна и пальцу поршня, а также на охлаждение поршня по сливу масла из четырёх каналов.
Слив должен быть непрерывным и равномерным.
Разборку производить в следующей последовательности:
1) замаркировать положение компрессионных и маслосъёмных колец в ручьях поршня и снять их с поршня;
2) расшплинтовать и отвернуть гайки крепления головки к тронку, снять втулки. Замаркировать взаимное положение головки и тронка;
3) отъединить головку от тронка и снять уплотнительное кольцо;
4)вынуть из тронка стакан и пружину;
5) при необходимости замены шпилек вывернуть их;
6) удалить нагар с головки поршня и поршневых колец;
7) промыть все детали поршня дизельным топливом и протереть их.
Детали, имеющие трещины, сколы, задиры рабочей поверхности, а также браковочные размеры заменить.
В случае наличия указанных дефектов на головке или тронке поршня заменить поршень новым. Замену шпилек произвести, как указано в сборке поршня. При ослаблении крепления или разрушении сливных трубок установить новые на эпоксидном клее на основе смол ЭД16, ЭД20.