Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 4
1.1. Анализ дефектов и повреждений деталей регулятора 4
1.2. Анализ методов восстановления регулятора 10
1.3. Анализ конструктивно-технологических показателей сопряжений регулятора 12
1.4. Анализ применения добавок к маслам 27
1.5. Выводы и задачи исследования 43
2. Теоретические исследования влияния добавок на работу регулятора 46
2.1. Выбор добавок для обработки регулятора. 46
2.2. Определение параметров характеризующих техническое состояние регулятора 49
2.3. Теоретические исследования воздействия добавки на интенсивность изнашивания 54
2.4. Влияние параметров регулятора на работу двигателя 65
2.5. Выбор методов определения параметров регулятора 70
2.6. Обоснование выбора параметра для определения времени обработки 84
3. Методики исследования 89
3.1. Методика снятия параметров шероховатости на приборе Ml 89
3.2. Методика замены плунжерных пар 93
3.3. Методика регулировки ТНВД 95
3.4. Методика снятия регуляторыой характеристики 97
3.5. Методика определения фактора торможения регулятора 102
3.6. Методика обработки сопряжений регулятора добавками 109
3.7. Методика обработки экспериментальных данных 111
3.8. Методика расчета интенсивности изнашивания 117
4. Исследования воздействия добавок на параметры регулятора 119
4.1. Плана эксперимента 119
4.2. Исследования воздействия добавок на параметры регулятора 119
5. Рекомендации по обработке регулятора добавками... 149
Общие выводы 152
Список литературы
- Анализ конструктивно-технологических показателей сопряжений регулятора
- Определение параметров характеризующих техническое состояние регулятора
- Методика замены плунжерных пар
- Исследования воздействия добавок на параметры регулятора
Введение к работе
При эксплуатации трактора отказы регуляторов топливных насосов высокого давления (ТНВД) составляют около 30% общего числа отказов топливной аппаратуры [78].
В результате возникает необходимость в восстановлении регулятора.
Существующие методов восстановления в основном используют механическую обработку, трудоемки и требуют разборки самого регулятора. В данное время для снижения износа и восстановления деталей применяются добавки в масло.
Добавки - вещества, способные изменить физические свойства трущихся поверхностей [115]. В настоящее время на рынке автохимии и смазочных материалов представлен широкий выбор добавок, но вместе с тем нет информации о целесообразности применения той или иной добавки к регуляторам ТНВД. Предлагается применять безразборный метод восстановления сопряжений регулятора с помощью ремонтно-восстаиовительных добавок в масло при регулировке и ремонте ТНВД.
Объектом исследования выбран регулятор ТНВД 4УТНМ, так как этот тип регулятора устанавливается как на автомобили семейства ЗИЛ «Бычок» так и на трактора семейства МТЗ, ЮМЗ, экскаваторы, погрузчики. В настоящее время данный тип ТНВД стали использовать на двигателях А-41, СМД-14 [22].
Анализ конструктивно-технологических показателей сопряжений регулятора
Для выбора метода восстановления регулятора дан анализ методов.
В процессе работы ТНВД детали регулятора (Р) изнашиваются. Это нарушает скоростной режим двигателя. В результате возникает необходимость в восстановлении регулятора.
Существующие методы восстановления это в основном механическая обработка: развертывание до ремонтных размеров, растачивание с последую щим изготовлением втулок и запрессовки, их рассверливание, заварка электродом, шлифование (оси грузов) под ремонтный размер втулки и другие.
Корпус Р 4УТНМ ремонтируют в случае износа поверхности отверстий диаметром 8 мм под валик рычага Р и диаметром 10 мм под ось рычага управления Р.
Первое отверстие развертывают до одного из ремонтных размеров: 1...8,2 : мм; 2...8,4 Z0 мм. Второе отверстие развертывают под ремонтные размеры: 1...10,2+0,0035 мм; 1...10,4+0 035 мм не соосность этих отверстий допускается не более 0,02 мм по длине 100 мм.
Износ или срыв резьбы под болты крепления Р, крышки Р, под жесткий упор и регулировочный винт устраняют нарезанием резьбы ремонтного размера. Резьба должна быть полной, чистой, без сорванных ниток.
Ступину грузов ремонтируют при износе поверхности отверстий под оси грузов Р, под KB и спиральную пружину; износе поверхности в месте контакта со спиральной пружиной; износе торцовой поверхности в месте контакта с фланцем упорной шайбы.
Износ поверхности отверстий под оси грузов Р устраняют развертыванием под два отверстия до одного из ремонтных размеров: 1.. .8,5-0,022 мм; 2...9,0-0,022 мм.
Несоосность парных отверстий диаметром 8 мм допускается не более 0,03 мм.
Износ поверхности отверстий под KB и спиральную пружину, под палец рычага и ось пружины обогатителя устраняют заваркой старых и сверлением новых отверстий.
Износ поверхности в месте контакта со спиральной пружиной, а также торцовой поверхности в месте контакта с фланцем упорной шайбы устраняют шлифованием на плоскошлифовальном станке.
Рычаг пружины Р ремонтируют при износе поверхности под палец рычага, под ось пружины обогатителя и под рычаг управления Р. Износ поверхности отверстия под рычаг управления устраняют протягиванием до ремонтного размера.
Груз регулятора ремонтируют в случае износа рабочей поверхности в месте упора лапки в подшипник. Торец лапки шлифуют и полируют по длине 19,8 мм в размер 6±1 мм.
Отверстия в промежуточном и основном рычагах Р ремонтируют развертыванием под ремонтные размеры пальца рычага и оси рычагов [45,17].
Существующие методы восстановления это в основном механическая обработка: развертывание до ремонтных размеров, растачивание с последующим изготовлением втулок и запрессовки, их рассверливание, заварка электродом, шлифование (оси грузов) под ремонтный размер втулки и другие. Существует проблема по их восстановлению, так как применяемые методы восстановления трудоемки, отнимают много времени и требуют разборки самого регулятора. В итоге восстановление экономически не целесообразно.
Предлагается применять безразборный метод восстановления сопряжений регулятора с помощью ремонтно-восстановительных добавок в масло при регулировке и ремонте ТНВД.
Определение параметров характеризующих техническое состояние регулятора
Для оценки воздействия добавки на работу регулятора нужно определить параметры, которые изменятся после обработки. Предположительно, обработка регулятора добавкой должна в сопряжениях восстанавливать износ, путем образования пленки из применяемых порошков металлов и обладать низким трением. Также позволяет снизить параметры микрогеометрии сопряжений. Для этого нужно определить параметры регулятора, которые зависят от износа, силы трения и параметров микрогеометрии в сопряжениях.
Наличие в кинематической цепи регулятора большого количества сопряжений, имеющих малые опорные поверхности и воспринимающих значительные давления переменной величины, приводит к быстрому износу деталей и, следовательно, к увеличению зазоров в их сопряжениях.
Износы и зазоры в сопряжениях ведут к изменению регулировочных характеристик, снижению мощности двигателя, изменению параметров регулятора. Из-за износа отдельных деталей регулятора, величины параметров изменяются так, например, на Рисунке 2.2.1 показаны основные места износа регулятора, влияющие на частоту начала действия регулятора [78]. tSAft
Из-за износов сопряжений снижается частота вращения регулятора в начале его действия и увеличивается его степень неравномерности. Объясняется тем, что при износе деталей при одной и той же частоте вращения грузы регулятора расходятся больше, т.е. их центр тяжести располагается на большем радиусе. В результате грузы развивают большее усилие, и величина момента начала действия регулятора снижается (смотри рисунок 2.2.2 кривая 1). Заменив сопряжение пята-муфта на новую муфту увеличивается частота начала действия регулятора и уменьшается степень неравномерности (кривая 2).
В сопряжении груз-обойма подшипника, заменив на новую обойму подшипника так же увеличивается частота начала действия регулятора и уменьшается степень неравномерности (кривая 3). Наибольший эффект достигается заменой муфты, упорного подшипника, крестовины с грузами и спиральной пружины (кривая 4).
В результате износ каждой из указанных деталей снижает частоту вращения регулятора в начале его действия, увеличивает степень неравномерности и увеличивается частота вращения соответствующая отключению подачи топлива. А также на частоту вращения в начале действия регулятора может влиять и изменение жесткости регуляторыой пружины.
В результате износа сопряжений изменяются параметры регулятора. Определены сопряжения, износ которых влияет на параметры регулятора (рисунок 2.2.3).
От силы трения, действующей в механизме регулятора, зависит фактор торможения регулятора. Эта сила определяется качеством обработки, материалом трущихся поверхностей, шероховатостью, а также величиной силы, сжимающей трущиеся поверхности [90, 60]. Фактор торможения регулятора влияет на динамические показатели регулятора: заброс частоты вращения и время регулирования двигателя [95].
Параметры шероховатости: Rmax, R, b, v, являются одними из параметров характеризующих трение в сопряжении. От шероховатости поверхности зависит интенсивность износа [90, 59, 60].
Для оценки воздействия добавки на работу регулятора будут замеряться и определятся следующие параметры и свойства сопряжений: - Фактор торможения; - Время регулирования и заброс частоты вращения двигателя; - Параметры микрогеометрии: Ra, Rz, Rmax, R, b, v; - Интенсивность изнашивания; - Подача топлива на режимах; - Отключение подачи топлива; - Начало действия корректора; - Неравномерность подачи топлива ТНВД; - Начало действия регулятора; Степень неравномерности регулятора.
Для оценки интенсивности изнашивания регулятора до и после обработки, нужно теоретически исследовать изменение интенсивности изнашивания после обработки добавкой. Для этого, нужно определить от каких параметров зависит интенсивность изнашивания. Какие параметры изменяться после обработки добавкой. Определить какие параметры, изменяемые добавкой, оказывают наибольшее влияние на интенсивность изнашивания.
Таким образом, согласно анализу данной методики аналитического расчета износа, можно сделать вывод, что интенсивность износа зависит от следующих характеристик: - коэффициента трения; - параметров микрогеометрии поверхности трения (Йтах - максимальная высота неровностей поверхности; R - средний радиус кривизны неровностей; Ъ, v параметры степенной аппроксимации начального участка опорной кривой поверхности трения).
Неизменяемые добавкой характеристики пары трения определены на основании литературных источников[18, 39, 40, 76, 57, 90, 59, 60, 30].
На основе аналитического расчета интенсивности изнашивания разработана модель интенсивности изнашивания для сопряжений регулятора:
В соответствии с основной расчетной схемой (1;7) изменение каждой характеристики в отдельности показало следующие результаты на изменение интенсивности изнашивания: - при уменьшении Rmgx 7,92 - 2,6 мкм (на 67%) интенсивность изнашивания уменьшилась 5,04 10-3 - 1,58 10-4 (на 97%) - при увеличении R 180-370 мкм (на 105 %) интенсивность изнашивания уменьшилась 2,48 10-3 - 2,6 10-4 (на 90%). - при уменьшении f 0,1 - 0,005 (на 95%) интенсивность изнашивания уменьшилась 2,48 10-3 - 1,53 10-3 (на 38%) - при уменьшении v 0,185 - 1,8 (на 3%) интенсивность изнашивания уменьшилась 2,48 10-3 - 1,97 10-3 (на 21%) - при увеличении b 0,95 - 1,6 (на 68%) интенсивность изнашивания уменьшилась 2,48 10-3 1,03 10-3 (на 58%). Вывод:
По результатам теоретического расчета на интенсивность изнашивания наибольшее влияние оказывает изменение максимальной высоты неровностей поверхности Rmax, мкм (уменьшение на 97%).
Добавки в смазочное масло изменяют характеристики поверхности трения за счет своих физико-химических свойств и уменьшают интенсивность изнашивания.
Методика замены плунжерных пар
Перед обработкой добавками требуется отрегулировать ТНВД. Некоторые агрегаты не отвечают техническим требованиям из-за износа плунжерных пар. /Для того чтобы, агрегат отвечал техническим требованиям, нужно заменить плунжерные пары. Для этого разработана методика замены плунжерных пар.
На основе анализа литературных источников [105,94,121] разработана методика замены плунжерных пар: 1. Установить корпус ТНВД на сборочный стенд или в тиски. 2. Установить в корпус ТНВД плунжерные пары.
Перед монтажом плунжерной пары необходимо проверить: свободное перемещение плунжера во втулке (если имеет место сопротивление перемещению - заменить пару), отсутствие следов коррозии на рабочих поверхностях втулки и плунжера.
Перед установкой плунжерных пар заводим в корпус насоса зубчатую рейку и устанавливаем проставку толщиной 16,5 мм между пальцем рейки и корпусом насоса.
Установка плунжерных пар происходит в следующей последовательности: - ослабляется винт крепления зубчатого сектора на поворотной втулке; - проверяется наличие утопання хвостовика плунжера в запорной тарелке; - устанавливается в корпус насоса пружина, опорная шайба, зубчатый сектор; сектор должен войти в зацепление с рейкой, опорная шайба должна быть под приливом в корпусе; - паз в поворотной втулке должен располагаться перпендикулярно оси кулачкового вала, разъем зубчатого сектора должен быть совмещен с центром паза втулки; - вынимается плунжер из втулки и заводится в паз поворотной втулки так, чтобы метка на поводке плунжера смотрела наружу; установка плунжерной пары производиться пинцетом; - устанавливается в корпус и на плунжер втулка плунжера, при этом необходимо добиться совмещения стопорного паза с отверстием под стопорный штифт в корпусе; - фиксируется втулка плунжера стопорным штифтом; - съемником сжимается пружина плунжера и заводиться на плунжер запорная шайба. 3. Установить нагнетательные клапаны ТНВД.
Перед монтажом нагнетательного клапана проверяется наличие износа или глубоких царапин на его поверхности.
Способы проверки нагнетательных клапанов: 1) выдвинуть клапан вверх и закрыть отверстие в основании седла клапана пальцем руки; отпустить клапан, при этом он должен быстро опуститься вниз и остановиться в положении захода разгрузочного пояска в седло; 2) закрыть отверстие в основании седла клапана пальцем руки; вставить клапан в седло и нажать на клапан, затем отпустить клапан, при этом он должен подняться до положения захода разгрузочного пояска в седло; 3) откройте отверстие седла клапана, клапан должен зайти в седло под собственным весом; В случае, если любая из проверок дала отрицательный результат, то клапан заменяется в сборе.
Установка нагнетательного клапана происходит в следующей последовательности: - на клапан надевается уплотнительное кольцо; - клапан устанавливается пинцетом на втулку плунжера в корпусе насоса; - устанавливается пружина клапана и штуцер.
Перед обработкой регулятора добавками требуется отрегулировать ТНВД. Для этого разработана методика регулировки ТНВД.
На основе анализа литературных источников [17, 106,19, 37, 23, 45, 104, 106,105, 94, 93, 62, 65, 67,111,110, 42, 58, 53, 43, 61, 54, 34, 121, 112, 21, 4, 9, 8] разработана методика регулировки ТНВД : Измерительная аппаратура:
Регулировка осуществляется на стенде КИ-15711. Форсунки стендовые (давление впрыска 175+5 кгс). Топливный насос 4УТНМ с усовершенствованной крышкой, предложенной Каргиевым Б.Ш., трубопроводы высокого давления стендовые. Условия снятия характеристик: Количество циклов на стенде КИ-15711 устанавливается столько, чтобы мензурки были заполнены минимум на 80%. Тогда точность снятия подачи топлива будет обеспечена ±0,5%. Определяем количество повторений, принимаем доверительную вероятность а= 0,95 и ошибку є=+3а, где а- среднеквад-ратическое отклонение результатов опытов. Тогда количество повторений снятия одной точки равно трем.
Регулировка:
1. Перед регулировкой топливного насоса контролируем давление впрыска стендовых форсунок (давление впрыска 175+5 кгс), при необходимости регулируем.
2. Проверка отключения подачи топлива. При необходимости регулируем согласно техническим условиям на регулировку данной марки насоса. Регулируется жесткостью регуляторной пружины, либо упорным болтом рычага управления подачи топлива.
3. Проверка начала действия регулятора. Если имеется датчик Каргиева Б.Ш., тогда определяем начало действия с помощью его. А если его нет, тогда определяем стандартным методом (по отрыву основного рычага от упорного болта). Определяем частоту вращения кулачкового вала насоса при которой начинает мигать и полностью гаснет сигнальная лампа устройства Каргиева Б.Ш. При необходимости регулируем согласно техническим условиям на регулировку данной марки насоса. Регулируется жесткостью регуляторной пружины, либо упорным болтом рычага управления подачи топлива.
Исследования воздействия добавок на параметры регулятора
Для проведения исследования воздействия добавок на параметры регулятора разработан план: 1. Подготовка агрегатов (Диагностика, при необходимости замена плунжерных пар, методика в разделе 3.2.). 2. Снятие параметров шероховатости и профиля рабочей поверхности деталей регулятора до обработки (методика в разделе 3 Л.). 3. Регулировка агрегатов (методика в разделе 3.3.). 4. Снятие регуляторной характеристики до обработки (методика в разделе 3.4.). 5. Анализ полученных данных. 6. Обработка сопряжений регулятора добавками (методикав разделе 3.6.). 7. Определение времени восстановления добавками по стабилизации фактора торможения регулятора (методика в разделе 3.5.). 8. Снятие регуляторной характеристики после обработки (методика в разделе 3.4.). 9. Снятие параметров шероховатости и профиля рабочей поверхности деталей регулятора после обработки (подробнее методика в разделе З.1.). 10. Обработка полученных данных (методика в разделе 3.7.).
Для подтверждения теоретических предположений и выявления зависимостей проведены исследования согласно плану эксперимента: 1. Подготовка агрегатов (Диагностика, при необходимости замена плунжерных пар, методика в разделе 3.2.).
2. Снятие параметров шероховатости и профиля рабочей поверхности деталей регулятора до обработки (методика в разделе З.1.). Протоколы пертометра Ml полученные до обработки, представлены в приложении А.
3. Регулировка агрегатов (методика в разделе 3.3.). На агрегатах установлены регулировки согласно регулировочным данным [105].
4. Снятие регуляторной характеристики до обработки (методика в разделе 3.4.). Карты испытаний представлены в приложении В.
5. Анализ полученных данных. Получены средние параметры шероховатости новых и работающих на базовом масле муфт грузов (рисунок 4.2.1). В среднем различие между новой рабочей поверхностью и бывшей в эксплуатации не значительно. Хотя встречаются агрегаты, у которых параметры шероховатости принимают следующие значения: Ra = 0,211 мкм; Rz = 2,35 мкм; Rmax = 2,91 мкм.
2) Ra ср =0,82; Rz ср =5,34; Rmax ср =7,22 Рисунок 4.2.1 - Профиль и параметры шероховатости рабочих поверхностей трения муфты: 1 - новая муфта; 2 - после эксплуатации на масле М 10 Г 6. Обработка восстановительным составом (методика в разделе 3.6.).
7. Определение времени обработки добавками по фактору торможения сопряжений регулятора (методика в разделе 3.5.).
Получены следующие зависимости фактора торможения регулятора от времени обработки (Рисунок 4.2.2).
По этим зависимостям определено время обработки регулятора добавками (Таблица 4.2.1). Время обработки определялось до стабилизации фактора торможения.
8. Снятие регуляторной характеристики после обработки (методика в разделе 3.4.). Карты испытаний представлены в приложении Г.
9. Снятие параметров шероховатости и профиля рабочей поверхности деталей регулятора после обработки (методика в разделе З.1.). Протоколы пертометра Ml после обработки, представлены в приложении Б.
10. Обработка полученных данных (методика в разделе 3.7.). До и после обработки контролировались следующие параметры: - Фактор торможения регулятора - Параметры шероховатости - Регуляторная характеристика Влияние добавок на фактор торможения и динамические характеристики регулятора
Изменение фактора торможения регулятора до и после обработки добавками представлено на рисунке 4.2.4. Определение времени регулирования и заброса частоты двигателя осуществлялось по теоретической модели Н.Ю. Се-режко. Динамические параметры до и после обработки представлены на рисунках 4.2.5 - 4.2.11. Снижение фактора торможения регулятора позволило снизить время регулирования и заброс частоты вращения двигателя (рисунок 4.2.12-4.2.13).
