Поршень дизеля 11Д45 тепловоза ТЭП60

  Главная      Учебники - Тепловозы     Пассажирский тепловоз ТЭП60 (Издание третье, переработанное и дополненное) - 1976 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..

 

 

Поршень дизеля 11Д45 тепловоза ТЭП60

 

 

 

 

Поршень. Поршень дизеля (рис. 21) составной, с отъемной охлаждаемой маслом головкой 10, свободно вращается вокруг своей оси. Головка поршня изготовлена из литой стали 2X13. На ее наружной цилиндрической поверхности расположены четыре канавки для компрессионных колец. Поверхность камеры сгорания головки полируют и хромируют. Усилие от давления газов передается шатуну опорным буртом 12 головки поршня через бурт 13 тронка и вставку 15.

Тронк 16 поршня изготовлен из легированного чугуна и имеет на наружной поверхности две канавки для маслосъемных колец. 1. Цилиндрическую часть тронка для улучшения прирабатываемости покрывают слоем олова. Головку поршня крепят к опорному бургу 13 тронка четырьмя болтами 14.

Вставка поршня изготовлена из прокованного алюминиевого сплава. Положение вставки в тронке поршня фиксируется двумя опорными поясами в верхней и нижней частях. Осевое перемещение вставки

ограничивается пружинным стопорным кольцом 2, установленным в кольцевую проточку тронка поршня. Прокладка 8 предназначена для регулирования степени сжатия. Положение прокладки относительно вставки зафиксировано винтом 7. Поршневой палец 4 плавающего типа, полый, изготовлен из легированной стали. Палец установлен в стальных втулках 5, имеющих заливку из свинцовистой бронзы. Втулки 5 стопорят в бобышках вставки винтами 3. Осевое перемещение пальца ограничивает внутренний пояс тронка поршня.

В первую канавку головки поршня (считается сверху) устанавливают компрессионное кольцо 11, изготовленное из высокопрочного чугуна с хромированной рабочей поверхностью; во вторую, третью и четвертую канавки — кольца 18, изготовленные из легированного чугуна, имеющие наклонную поверхность на верхнем торце и бронзовый поясок 9. На рабочей поверхности колец 18 выполнена винтовая канавка, которая после лужения заполнена дисульфидом молибдена.

Маслосъемные кольца 1 изготовлены из легированного чугуна. Масло, снимаемое кольцами с зеркала втулки, при движении поршня вниз стекает по отверстиям в картер дизеля. Масло, охлаждающее головку поршня, поступает из верхней головки шатуна. В полость а вставки оно перетекает через стакан 6, плотно прижатый к верхней головке шатуна пружиной 17. Из масляной полости а по каналу б масло поступает в полость в, охлаждает центральную часть головки, после чего по отверстиям г в опорном бурте головки поршня перетекает в полость д, охлаждает остальную часть головки и по каналам е во вставке поршня стекает в картер дизеля.

Опыт эксплуатации дизелей 11Д45 и 11Д45А показал, что единственной деталью, определяющей ресурс их работы до выемки поршней, является головка поршня. Более длительная работа головок приводит к образованию на них сквозных трещин с прогаром. Во всех случаях начало образования трещин происходит со стороны полости охлаждения в районе кармана верхней периферийной части головки.

Исследованиями было установлено, что причиной этого дефекта является сложный процесс накопления в этом месте остаточных напряжений растяжения. Достигают они опасного уровня тем быстрее, чем выше нагрев головки при работе дизеля. Этот процесс аналогичен описанному выше процессу накопления остаточных напряжений растяжения в днищах крышек цилиндров, только с той разницей, что на головках поршней он происходит на поверхности со стороны полости охлаждения, а не на поверхности, омываемой рабочими газами. При нагреве головок на поверхности радиусной части кармана возникают напряжения сжатия, которые уменьшаются во времени из-за нарастания пластической деформации. При остывании вследствие необратимости пластической деформации возникают в этом месте остаточные напряжения растяжения.

Таким образом, единственным мероприятием, повышающим ресурс работы головок, является, так же как и для днища крышки цилиндра, улучшение охлаждения с целью достижения возможно меньшего нагрева их при работе дизеля. Выполнить это требование оказалось невозможным ни на одном из проверенных вариантов конструкции

поршня из-за изолирующего действия нагара масла, откладываемого на охлаждаемых поверхностях головки поршня.

 

 

 

 

Рис. 21. Поршень составной:
1 — кольцо маслосъемное; 2— кольцо стопорное; 3— стопорный винт; 4 — палец поршневой; 5 — втулка подшипника поршневого пальца; 6 — стакан, уплотняющий переток масла на охлаждение головки поршня; 7 — винт, стопорящий прокладку 8 от вращения; 8 — прокладка; 9 — бронзовый поясок; 10 — головка поршня; 11 — кольцо компрессионное с хромированной рабочей поверхностью; 12 — опорный бурт головки поршня, 13 — опорный бурт тройка поршня; 14 — болт крепления головки поршня;
15 — вставка поршня; 16 — тронк поршня; 17 — пружина станка; 18 — кольца компрессионные с бронзовым пояском и со скосом на верхней торцовой поверхности; а, в, г — полости; б— канал; д, е — отверстия; ж — канал во вставке поршня

 

 

 

Замер уровня температурного поля головки поршня показал, что в исходном состоянии без нагара на охлаждаемых поверхностях максимальная температура поверхности головки поршня составляет всего около 360°С, а через 30—50 ч работы из-за образования пленки нагара толщиной всего 0,2—0,3 мм температура увеличивается на 100°С При длительной работе слой нагара увеличивается до 1—2 мм, и температура головки по косвенным показателям (по структурным изменениям металла) достигает 650—700° С.

По замерам методом электротензометрирования уровень остаточных напряжений растяжения в районе образования трещин на таких головках достигает 4000 кгс/см2. Образующиеся из-за этого поверхностные трещины развиваются далее, как усталостные, под действием переменной составляющей от давлений газов в цилиндре. Все это потребовало применения для дизеля масла М14ВЦ и М14ВИс эффективными композициями присадок, исключающих образование нагара на охлаждаемых поверхностях головки поршня. В настоящее время на эти масла переведена работа дизелей всего парка тепловозов ТЭП60, что полностью устранило случаи прогара головок поршней и обеспечило увеличение ресурса их работы. При заводском ремонте дизелей, работавших на таком масле, целесообразно будет проверить возможность полного восстановления ресурса головок поршней и днищ крышек цилиндров, подвергнув их процессу искусственного старения для полного снятия накопленных остаточных напряжений.

Режимы старения, а также объем работ по исправлению геометрии этих деталей следует установить совместно с заводом-изготовителем дизеля.

За время производства дизелей 11Д45 и 11Д45А завод осуществил большое количество конструктивных и технологических мероприятий, повысивших качество и надежность поршней. Наиболее существенные из них следующие:

а) введение механической обработки и изменение формы охлаждаемой поверхности центральной части головки поршня, исключившее полностью случаи появления трещин в этом районе;

б) увеличение радиуса поверхности кармана с 4 до 7 мм, что снизило на 50° С максимальную температуру головки поршня и замедлило темп накопления остаточных напряжений растяжения на этой поверхности;

в) введение ультразвукового контроля качества металла головки в наиболее нагруженном районе, что исключило установку на дизель головок с грубыми литейными дефектами;

г) введение термообработки вставок поршней перед их окончательной механической обработкой для снятия внутренних напряжений растяжения, что исключило причину случаев разрушения вставок из-за образования на них трещин;

д) замена материала стопорного пружинного кольца с чугуна на сталь, что исключило случаи их поломок;
 

е) изменение конструкции компрессионных колец с целью повышения их износостойкости и устранения случаев потери или подвижности. Первое достигнуто установкой в верхний ручей кольца из высокопрочного чугуна с хромированной рабочей поверхностью, а в остальные ручьи — поршневых колец из серого легированного чугуна с закатанными бронзовыми поясками и со спиральной канавкой на рабочей поверхности, заполненной дисульфид-молибденом. Второе получено за счет скоса верхней торцовой поверхности поршневых колец, устанавливаемых во 2, 3 и 4-й ручьи;

ж) замена материала тронка поршня (СЧ 24—44) на легированный серый чугун с более высокими антифрикционными свойствами (ХМП по ТУ завода) с дизеля 11Д45А № 217;

з) изменение конструкции прокладки, с помощью которой производится установка требуемой величины степени сжатия в цилиндре дизеля. Наилучшим вариантом конструкции прокладки оказался устанавливаемый с дизеля 11Д45А № 222 вариант двойной прокладки —стальной (со стороны вставки) и бронзовой (со стороны тронка). Установка только стальной прокладки приводила к задирам и схватыванию металла по плоскости ее прилегания к тронку, а только бронзовой — к электролитическому износу прокладки по плоскости ее прилегания к вставке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..