Руководство по эксплуатации дизеля д49

Имя

Email *

Министерство путей сообщения Российской Федерации Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Кафедра «Тепловозы и тепловые двигатели» И.В. Дмитренко

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И обслуживания ДИЗЕЛЯ ТИПА Д49

Методическое пособие

Хабаровск

2002

Рецензент: Главный инженер Службы локомотивного хозяйства Дальневосточной железной дороги П.В. Демин

Дмитренко, И.В. Особенности конструкции, эксплуатации и обслуживания

Д533 дизелей типа Д49: Методическое пособие для студентов специальности 1507 ”Локомотивы” для всех форм обучения / И.В. Дмитренко. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2002. – 40 с.: ил

Приводятся особенности конструкции основных узлов дизеля Д49, объемы работ, выполняемых на ТО и ТР-1, технология проверки и настройки оборудования, требования по эксплуатации дизеля и перечень приспособлений, необходимых для проведения ТО и ТР-1.

Методическое пособие предназначено для студентов специальности 1507 “Локомотивы” всех форм обучения при выполнения курсового и дипломного проектирования и будет полезно для работников локомотивных депо.

© Издательство Дальневосточного государственного университета путей сообщения (ДВГУПС), 2002

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ

2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДИЗЕЛЯ

2.1. Блок дизеля

2.2. Цилиндровые втулки

2.3. Крышка цилиндров

2.4. Поршень

2.5. Шатунный механизм

2.6. Подшипники коленчатого вала

2.7. Коленчатый вал 2.8. Турбокомпрессор

2.9. Управляемая заслонка

2.10. Воздушная захлопка

2.11. Объединенный регулятор

3. ОБЬЕМЫ РАБОТ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ ДИЗЕЛЯ 3.1. Техническое обслуживание ТО-2

3.2. Техническое обслуживание ТО-3

3.3. Текущий ремонт ТР-1 4. Технология проверки и настройки оборудования дизеля при проведении ТО и ТР-1

4.1. Проверка технического состояния системы автоматического регулирования РЧО 4.2. Проверка зазоров на масло в гидротолкателях

4.3. Проверка и регулировка датчиков – реле давления масла 5. Технические требования и порядок замены масла дизеля 5.1. Технические требования на масло 5.2. Порядок замены масла в РЧО 5.3. Порядок замены масла в дизеле 6. Требования по эксплуатации дизеля 6.1. Режимы работы дизеля 6.2. Порядок остановки дизеля

6.2.1. Остановка дизеля при нормальных условиях 6.2.2. Остановка дизеля в аварийных условиях

6.2.3. Остановка дизеля в холодное время или на продолжительный срок 6.2.4. Эксплуатация дизеля в холодное время года

7. Перечень приспособлений, необходимых для проведения ТО и ТР-1 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В2001 г. на Дальневосточную железную дорогу стали поступать тепловозы серии 2ТЭ10М, прошедшие модернизацию на Уссурийском локомотиворемонтном заводе. Основной целью модернизации стала замена дизеля типа 10Д100 на дизель типа Д49 (1А – 9ДГ). Новый дизель имея ту же мощность, существенно отличается от старого: он четырехтактный, V- образный и 16-ти цилиндровый. В связи с этим появилась необходимость в обучении обслуживающего персонала локомотивных депо особенностям конструкции, эксплуатации и обслуживания дизеля типа Д49.

Вданном учебном пособии излагаются особенности конструкции основных узлов дизеля как первого, так и второго поколения, опыт его эксплуатации в условиях низких температур и рекомендации по обслуживанию и ремонту.

Впособии приводятся объемы работ, выполняемые на ТО-2, ТО-3 и ТР-1, технология проверок и настроек основных элементов дизеля и перечень оборудования, необходимого при проведении данных видов ТО и ТР.

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ

Дизель Д49 имеет гостовское обозначение – 16ЧН26/26. Максимальная мощность – 2206 кВт или 3000 лс. Давление наддува воздуха – 0,155 – 0,185 МПа. Частота вращения коленчатого вала:

минимальная – 338–362 об/мин, максимальная – 840–860 об/мин.

Давление сгорания топлива – не более 13,5 МПа.

Разряжение на всасывании в турбокомпрессор – не более 300мм.вод. ст. Удельный расход топлива – 205+10,2 г/кВт.ч ( 151+7,5 г/лс.ч) Температура выпускных газов на выходе из цилиндров – не более 580 оС,

ана входе в турбокомпрессор – не более 650 оС. Температура воды на выходе из дизеля – 65–80 оС. Температура масла на выходе из дизеля – 60–80 оС.

Температура на входе в холодильник наддувочного воздуха – 45 оС.

Дизель представляет собой 4-х тактный, 16-ти цилиндровый двигатель внутреннего сгорания с V-образным расположением цилиндров, газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха.

Торец дизеля со стороны турбокомпрессора, водяных и масляных насосов именуется передним, а торец со стороны генератора – задним. Если смотреть на дизель со стороны заднего торца, то ряд цилиндров, расположенных справа, называется рядом В, а слева – рядом А. Нумерация цилиндров каждого ряда начинается от генератора.

2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДИЗЕЛЯ

2.1. Блок дизеля

Блок дизеля сварно-литой, он состоит из литых вертикальных стоек 1 (см. рис.1) с поперечными отростками, верхней плиты с отверстиями под втулки цилиндров, боковых стенок с отверстиями смотровых люков и горизонтальных опорных лап. Верхняя часть блока образована боковыми листами 4, вертикальными стойками 5 и двумя плитами 6, служащими опорами крышек цилиндров. Плита 7 является опорой для распределительного вала.

Средняя часть блока между рядами цилиндров служит ресивером для воздуха. Блок сухой, через отверстие А вода поступает в рубашку втулки цилиндра. В отверстие запрессованы втулки из нержавеющей стали. Для повышения защиты от коррозии в опорные пояса картера запрессованы кольца 3.

Модернизация. Дизели первого поколения имели зубчатый разъем между подвеской коренного подшипника. В эксплуатации происходило ослабление затяжки болтов за счет их вытяжки и изнашивания зубчатого стыка, что

вызывало ступенчатость между смежными опорами 0,2–0,3 мм. Этот дефект требовал переукладки подшипников коленчатого вала через 400 тыс. км. Устранение этого дефекта было достигнуто переходом на плоский разъем между подвеской и блоком. Для разгрузки основного горизонтального разъема от боковых смещений, кроме вертикальных болтов, предусмотрены два ряда горизонтальных. Это позволяет производить установку подвесок в замок с зазором по вертикальным упорам (до 0,1–0,13 мм), что необходимо для облегчения обслуживания подшипников в эксплуатации. Запас прочности нового блока был увеличен до 30 %.

Рис. 1. Блок цилиндров: а – старая конструкция; б – новая конструкция;

1 – вертикальная стойка; 2 – отверстие смотрового люка; 3 – кольцо опорного пояса; 4, 9 – боковые листы; 5 – вертикальна стойка; 6 – верхняя плита;

7 – горизонтальная плита; 8 – ребро; 10 – подвеска

Неисправности. Причинами появления пластических деформаций в блоке являются нарушения теплового состояния, связанные со значительными местными перегревами при прорыве газового стыка цилиндра или выпускного коллектора.

2.2. Цилиндровые втулки

Цилиндровые втулки подвесного типа, что в отличии втулок опирающихся на блок, позволяет получить ряд преимуществ: силы давления газа не отрывают крышку от втулки; повышается приспособляемость поршня к втулке в процессе совместной работы и деформации; сборка втулки производится вне дизеля, что обеспечивает ее высокое качество. Цилиндровая втулка

имеет рубашку из стали, что позволяет производить опрессовку крышки вместе со втулкой вне блока (см. рис. 2). Втулка изготовлена из хромомолибденового чугуна, обладающего высокой износостойкостью и необходимыми антифрикционными свойствами. Резиновые уплотнения не соприкасаются с поверхностями втулки, что не вызывает их повышенного нагрева. К крышке цилиндровая втулка крепится шпильками. Стык между ними уплотнен стальной прокладкой, покрытой гальваническим путем слоем меди толщиной 0,03–0,04 мм, которая при затяжке врезается в выступы на сопрягаемых поверхностях. В дизеле применен газовый стык замкнутого типа, что позволило увеличить сопротивление сдвигу в радиальном направлении в 3 раза по сравнению со старой конструкцией. Вода из рубашки через 6-ть втулок перетекает в крышку. С внешней стороны втулки покрыты теплоизолирующим слоем, а их бурты уплотнены снизу паронитовыми прокладками, а сверху – резиновыми кольцами. В нижней части втулки имеют два отверстия для крепления приспособления, удерживающего поршень во втулке при подъеме и опускании цилиндрового комплекта.

Рис. 2. Цилиндровая втулка: а – дизель Д49; б – дизель 14Д40; в – газовый стык дизеля до модернизации; г – после модернизации; 1 – втулка; 2 – рубашка; 3 – шпилька; 4, 5, 6 – резиновые кольца; I, II, III – опорные пояса втулки

Неисправности. При эксплуатации дизелей этого типа отказы втулок происходят в результате возникновения трещин, задира рабочей поверхности и разрушения.

Трещины в рубашках носят коррозионно-усталостный характер. Коррозия и эрозия обуславливаются циркуляцией охлаждающей воды. Поверхностное

коррозионное разрушение металла рубашки приводит к снижению ее усталостной прочности. Поэтому рационально применение современных эффективных методов упрочнения рубашек, как, например, обкатывание роликом или дробеструйная обработка в сочетании с защитой металла от коррозии специальными защитными покрытиями. В качестве последних можно использовать полимерные компазиционные материалы типа “Реком” или “Анатерм”. Эти покрытия обладают большой прочностью, высокой вибростойкостью, эластичностью и адгезией. Несоблюдение в эксплуатации инструкции по водоподготовке влечет за собой повышенную агрессивность охлаждающей воды и увеличения трещин рубашек вследствие совместного действия коррозии и эрозии.

Скорость изнашивания зеркала втулок зависит в большей мере от температуры поверхностей трения, режимов работы дизеля, эффективности охлаждения, качества масла и топлива, запыленности атмосферного воздуха и от состояния топливной аппаратуры.

Все эти причины вызываются нарушением режимов эксплуатации тепловоза, к которым относятся следующие: неправильное регулирование температур воды и масла, в результате неисправности системы автоматического регулирования; несвоевременная и некачественная очистка масляных, топливных и воздушных фильтров; резкий набор и сброс позиций контроллера машиниста; нарушение качества распыливания топлива форсункам; отказ системы отключения части топливных насосов при работе на холостом ходу; недостаточное количество подаваемого воздуха в цилиндры дизеля, которое вызывается увеличенным сопротивлением воздушных фильтров и забором воздуха из дизельного помещения.

Температура наружной поверхности рубашки равна средней температуры воды. На тепловую напряженность втулки значительное влияние оказывает нестабильность режимов работы дизеля. При резком наборе полной нагрузки в первые 10 с. температура нагрева стенки втулки составляет 10, 5 оС/с.

Через 1 мин температура стабилизируется. При ступенчатом наборе позиций с выдержкой по 2 с на каждой позиции нагрев стенок равен 7 оС/с. При резком сбросе нагрузки скорость охлаждения стенки втулки равна 13 оС/с, при плавном сбросе нагрузки 5,2 оС/с.

В связи с тем, что на дизеле Д49 применяется втулка подвесного типа, при действии нормальной силы она колеблется как балка с одним закрепленным кольцом. Поэтому при нормировании изнашивания рабочей поверхности необходимо учитывать повышенный уровень ее вибрации при увеличении зазора между втулкой и блоком более 0,55 мм.

Модернизация. Для устранения трещин ВНИИЖТом разработана конструкция и изготовлена партия втулок из стали 38Х2МЮА, внутренняя поверхность которых подвергнута азотированию, а рубашка приварена к гильзе. При переходе на легированную сталь прочность втулки по сравнению с чугуном повышается в 3 раза, а азотирование повышает твердость рабочей

поверхности в 3–4 раза. Приварка рубашки исключает резиновые кольца и, соответственно – течь воды.

2.3. Крышка цилиндров

Крышка цилиндров литая изготовлена из высокопрочного чугуна ВПЧ-НМ-П (см. рис. 3).

Днище крышки в районах между клапанами и форсуночным отверстием имеет меньшую толщину, что обеспечивает лучшее охлаждение днища, более равномерный ее нагрев и снижение уровня термических напряжений. В крышке установлено два впускных 2 и два выпускных клапана 6. Выпускные клапаны имеют наплавку фасок кобальтовым стеллитом ВЗК, что повышает их жаропрочность. Штоки клапанов хромируются, что придает большую износостойкость паре клапан – направляющая втулка. В местах посадки выпускных клапанов в крышке установлены плавающие вставные седла 5, закрепленные пружинными кольцами 4. Седла и кольца изготовлены из жаропрочной стали. Каждая пара клапанов открывается одним рычагом через гидротолкатели. Гидротолкатели ликвидируют при работе зазор между рычагом и клапаном и тем самым снижают шум при работе дизеля.

Масло в гидротолкатель поступает из масляной системы дизеля через отверстия в штанге и рычаге в полость гидротолкателя, когда клапан закрыт. В момент нажатия гидротолкателя на клапан давление масла в полости В мгновенно повышается, так как шарик клапана 21 препятствует выходу масла, и усилие рычага передается на клапан через масляную подушку.

Направляющие втулки 3 и 7 изготовлены из чугуна. Для уменьшения прохода масла в камеру сгорания в верхней части втулок установлены фторопластовые кольца 10. Отверстие а предназначено для контроля плотности стыка крышки со втулкой.

Модернизация. Температурное состояние днища крышки характеризуется максимальной температурой в районе перемычек между окнами впускных и выпускных клапанов, равной примерно 315 оС и 230 оС на периферии крышки. Максимальный градиент температур по толщине крышки составляет 70 оС/см, что соответствует среднему уровню изгибающих напряжений. Уменьшение толщины днища на 1мм вызывает уменьшение перепада температур на 15–20 оС. В связи с этим толщина крышки уменьшена фрезерованием в районе выпускных клапанов на 3 мм.

Неисправности. В процессе эксплуатации дизеля, даже при тщательном соблюдении режимов водоподготовки, на днище крышки происходит отложение накипи, что приводит к значительному росту температур (на 100– 150 оС) и соответственно теплонапряженности днища крышки.

Рис. 3. Крышка цилиндра (а), температуры в различных точках днища (б): 1 – крышка цилиндра; 2 – клапан впускной; 3, 7 – втулки направляющие; 4 – кольцо пружинное; 5 – седло выпускного клапана; 6 – клапан выпускной; 8 – прокладка уплотнения газового стыка; 9 – втулка; 10 – кольцо фторопластовое; 11 – крышка кожуха; 12 – сухарь разрезной; 13 – рычаг; 14 – шпилька; 15 – пружины; 16 – упор; 17 – втулка гидротолкателя; 18 – скребок; 19 – колпачок; 20 – толкатель; 21 – клапан шариковый: а, б, г – отверстия; в – полость; д – зазор в гидротолкателе; е – фрезеровка в зоне выпускных окон; и – окна впускных клапанов; к – окна выпускных клапанов

Надежность крышек при эксплуатации дизелей не обеспечивает заданный срок их службы, который равен 20-ти годам или 3 млн. км пробега. Фактическая средняя наработка на отказ составляет 800 тыс. км. Средняя сменяемость крышек на Воронежском ТРЗ составляет 10 шт. на дизель, или 62,5 %. Основной причиной замены крышек является появление сквозных термических трещин по перемычкам между гнездами выпускных клапанов, а также по перемычкам между гнездами выпускных и впускных клапанов (см. рис. 4)

Рис. 4. Повреждения крышек цилиндров

Исследования показывают, что трещины в перемычках возникают из-за накопления высокого уровня остаточных напряжений под действием значительного перепада температуры между краями днища и центральной ее частью. На поясах гнезд выпускных клапанов ниже и выше плавающих седел возникает разгарная сетка трещин под действием отработанных газов, движущихся с высокой температурой и скоростью по зазорам между телом крышки и седлом выпускного клапана. Разгарная сетка трещин создает концентраторы напряжений, что ускоряет образование сквозных термических трещин. Для предупреждения трещин при эксплуатации дизелей необходимо строго выдерживать их температурный режим и не допускать заправку водяной системы неподготовленной водой.

Модернизация. ВНИИЖТом для снижения трещин предлагается повысить теплопроводность чугуна крышки путем перехода от чугуна с шаровидной формой графита на чугун с пластинчатым графитом, теплопроводность которого в 2 раза выше (такие крышки выпускает фирма «Новая волна» г.Луганск). Кроме этого образование разгарной сетки трещин можно снизить заменив плавающие седла на запрессованные или отменить их вообще. В 1994 – 1998 гг. во ВНИИЖТе проведены работы по созданию крышки нового поколения – стальной сварной, ресурс которой должен быть выше серийной.

Неисправности. Другой слабой деталью крышки являются клапаны, изготовленные из жаропрочной стали ЭИ69. В процессе эксплуатации выпускных клапанов, в наплавленном слое из вольфрамокобальтового сплава ВЗК, возникают радиальные трещины, по которым в процессе сгорания топлива в цилиндре дизеля отработанные газы движутся с высокой скоростью (до 600–700 м/c) и высокой температурой (до 1500–1600 оС). При этом происходит выгорание металла – сначала в наплавке клапана, а затем в основном металле происходит прогар. Прогар возникает и во впускных клапанах при прорыве газов между фаской клапаном и гнездом в крышке, что ведет к образованию прогара не только в клапане, но и в самой крышке.

Впускные клапаны, которые не имеют наплавку на тарелке, имеют следующие неисправности: наклеп фаски тарелки клапана и коррозию металла фаски. Коррозия возникает и на выпускных клапанах. Она вызывается воздействием на них отработанных газов, содержащих

различные оксиды в соединениях с серой топлива и влагой. При этом наплавка сплавом ВЗК практически не защищает от коррозии. Она обеспечивает высокую твердость поверхности фаски и тем самым уменьшает только выработку поверхности.

В условиях сложного технологического процесса наплавки фасок выпускных клапанов и отсутствие наплавки на впускных клапанах срок их службы очень низкий, а отсюда причина частых неплановых ремонтов и высокой сменяемости. На прогары выпускных клапанов оказывает отрицательное влияние ослабление или износ плавающего седла. При исправном седле, возникающий перепад температур фаски 520 оС и центра тарелки 485 оС, вызывает сжимающие напряжения, которые оказывают благоприятное воздействие на клапан.

Кроме фасок наблюдается выработка хромового покрытия на штоке клапана, достигающая до 100 мкм у впускных клапанов и до 150 мкм у выпускных клапанов при пробегах тепловозов близких к капитальному ремонту, при толщине слоя у новых клапанов в пределах 18–24 мкм.

2.4. Поршень

Поршень (см. рис. 5) состоит из стальной головки 6 (материал ЭИ415) и алюминиевого тронка 11 (материал АК6), скрепленных четырьмя шпильками 1 и гайками 17. Составная конструкция поршня позволяет применить для головки поршня жаропрочную сталь, а для тронка – антифрикционный алюминиевый сплав, и этим самым снизить массу поршня. Головка поршня охлаждается маслом. Из верхней головки шатуна масло поступает в плотно прижатый к ней пружиной 14 стакан 13 и далее по отверстиям Б – в полость охлаждения А.

Из полости охлаждения масло по каналам В стекает в картер дизеля. На номинальной мощности температура головки над верхним компрессионным кольцом не превышает 170 оС. Умеренная температура обеспечивает хорошую износостойкость ручьев компрессионных колец. Снижение давления масла ниже номинального (0,4 МПа) приводит к увеличению уровня температурных напряжений во всех точках головки поршня. В зоне первого компрессионного кольца при уменьшении давления масла с 0,4 до 0,2 МПа температурные напряжения возрастают в 1,65 раза, а на поверхностях, охлаждаемых маслом, в 1,5 раза.