Анализ зазора плунжерных пар насоса 4-утнм Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

АНАЛИЗ ЗАЗОРА ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР НАСОСА 4-УТНМ

Ю.А. ШАМАРИН, доц. каф. технологии машиностроения и ремонта МГУЛ

При эксплуатации дизелей значительная доля отказов приходится на топливную аппаратуру: на дизели типа ЯМЗ - около 25 %, на тракторные двигатели СМД - 14-30 %.

Надежность топливной аппаратуры определяется прежде всего работой прецизионных деталей - плунжера и его втулки. Средний ресурс плунжерной пары до потери гидроплотности составляет 3149 мото-часов. Исследование микрогеометрии изношенных поверхностей прецизионных деталей, в частности, втулок плунжеров и плунжеров топливных насосов высокого давления УТН-5М, показало их локальный износ.

Процесс износа происходит следующим образом. Мелкие абразивные частицы, имеющие малую массу, но обладающие значительной кинетической энергией, благодаря высокой скорости острыми кромками снимают микростружку и нарушают поверхностную прочность металла. В последующем

быстро движущаяся жидкость размывает эти микроцарапины, расширяя и углубляя их. Размыв металла ускоряют присутствующие в топливе абразивные частицы.

Для анализа зазоров в плунжерных парах были произведены измерения 100 не-распаренных, изношенных плунжерных пар с номинальным диаметром 9 мм. Измерения наружного диаметра плунжера производились рычажной скобой СР 0-25 ГОСТ 11098-75, а внутреннего диаметра втулки - нутромером индикаторным НМ 175 ГОСТ 10-58. В результате измерений диаметров были вычислены зазоры между плунжером и втулкой по формуле

З = Б - ё, (1)

где Б - внутренний диаметр втулки, мкм; ё - наружный диаметр плунжера, мкм.

Данные расчета зазоров приведены в табл. 1 и расположены в порядке возрастания.

Таблица 1

Значения зазоров плунжерных пар

№ п/п Зазор, мкм № п/п Зазор, мкм № п/п Зазор, мкм № п/п Зазор, мкм № п/п Зазор, мкм

1 2 21 3 41 5 61 6 81 8

2 2 22 3 42 5 62 6 82 8

3 2 23 3 43 5 63 6 83 8

4 2 24 4 44 5 64 7 84 8

5 2 25 4 45 5 65 7 85 8

6 2 26 4 46 5 66 7 86 8

7 2 27 4 47 5 67 7 87 8

8 2 28 4 48 5 68 7 88 8

9 2 29 4 49 5 69 7 89 8

10 2 30 4 50 6 70 7 90 8

11 3 31 4 51 6 71 7 91 8

12 3 32 5 52 6 72 7 92 9

13 3 33 5 53 6 73 7 93 9

14 3 34 5 54 6 74 7 94 9

15 3 35 5 55 6 75 7 95 9

16 3 36 5 56 6 76 7 96 10

17 3 37 5 57 6 77 7 97 11

18 3 38 5 58 6 78 7 98 11

19 3 39 5 59 6 79 8 99 13

20 3 40 5 60 6 80 8 100 14

Таблица 2

Статистический ряд

Интервал, тыс. мото-ч 2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14

Опытная частота т/ 23 26 29 17 3 2

Опытная вероятность р/ 0,23 0,26 0,29 0,17 0,03 0,02

Накопленная опытная вероятность Ер, 0,23 0,49 0,78 0,95 0,98 1,00

Выбираем количество интервалов п = 6. Протяженность одного интервала рассчитывается по формуле

д _ Ctnax £m

, 14 - 2 (2)

А _-= 2 1 е! , (2)

п 6

где Зтах, Зш;п - соответственно наибольшая и наименьшая величина зазора, мкм. Значение опытных вероятностей определяем по формуле

Рп _ , (3)

О«!

N

где mon - опытная частота в /-ом интервале.

23 26 P _-_ 0,23; P _-_ 0,26;

on ' ' on ' '

1 100 2 100

29

Pon _-_ 0,29;

3 100

Pon _ — _ 0,17; Pon _ — _ 0,03; 4 100 5 100

P _■

_ 0,02.

6 100

Полученные данные заносим в статистический ряд (табл. 2).

Среднюю величину зазора определяем по формуле

(4)

£ _ X £ ■ Pon¡

где г - середина /-го интервала;

Роп - опытная вероятность в /-ом интервале.

З = 3 - 0,23 + 5 • 0,26 + 7 • 0,29 + + 9 • 0,17 + 11 • 0,03 + 13 • 0,02 = 6,14 мкм. Среднее квадратическое отклонение определяем по формуле

ст _

^(-3,14)2 • 0,23 + (-1,14)2 • 0,26 + (0,86)2 • 0,17 + (4,86)2 • 0,03 + + (6,86)2 • 0,02

_ 5,86 i ei

ст _

X ((-£)

•Po

Определяем наличие выпадающих точек по опытному значению критерия Ирвина [6].

Для проверки выпадения наименьшей точки [2]

г - Г-1

Я^ _ ■

ст

Для проверки выпадения наибольшей точки (14)

3 - 2

Яоп 0,17.

on1 5,86

Находим теоретическое значение критерия Ирвина. При доверительной вероятности в= 0,95 и N = 100, Я = 1,0. Сравнение опытных и теоретических значений Ирвина показывает, что первая и последняя точки информации достоверны, т.к.

Я«* _ЯoЙ2 _ 0,17 <Я0 _1,0.

Сдвиг начала рассеивания определяем по формуле

£ - £

Ñ _ £1 -

(7)

где З1, З3 - первое и одиннадцатое значения величин зазора

3-2=

N _ 2--_ 1,5 мкм.

2

Коэффициент вариации определяем по формуле (8)

V (8)

Г - N

V - 5,86 _ 1,26.

6,14 -1,5

Гистограмма и полигон - это дифференциальные законы, а кривая накопленных опытных вероятностей - интегральный закон распределения опытных значений зазора.

Гистограмма строится так. По оси абсцисс откладываются в определенном масштабе интервалы в соответствии со статистическим рядом, а по оси ординат -опытная вероятность Роп в начале и в конце г-го интервала. Соединив построенные точки, получаем прямоугольники. Площадь каждого прямоугольника в долях единицы выражает опытную вероятность деталей, у которых износ находится в данном интервале. Построение полигона осуществляется по точкам, образованным пересечением абсциссы, равной середине интервала, и ординаты, равной опытной вероятности интервала. Площадь под кривой полигона в заданном интервале равна в долях единицы количеству плунжерных пар, имеющих зазор в границах этого интервала. За начальную и конечную точки полигона принимают начало первого и конец последнего интервалов. Точки кривой накопленных опытных вероятностей образуются пересечением абсциссы, равной концу данного интервала, и ординаты, равной сумме вероятностей предыдущих интервалов.

Замена опытного закона распределения износа теоретическим называется в теории вероятностей процессом выравнивания статистической информации. Теоретический закон применим как к генеральной совокупности, так и к любой частной совокупности тракторов. Применительно к сельскохозяйственной технике используются в основном закон нормального распределения (ЗНР) и закон распределения Вейбулла (ЗРВ).

Выбор теоретического закона распределения (ТЗР) осуществляется по величине коэффициента вариации V. Если V < 0,3, то распределение подчиняется закону ЗНР, если V > 0,5 - ЗРВ. В случае, когда V лежит в интервале от 0,3 до 0,5, выбирается тот закон, который лучше совпадает с опытной информацией. Точность совпадения оценивается по критерию согласия.

В нашем случае коэффициент вариации V = 1,26, поэтому выбираем закон распределения Вейбулла (ЗРВ).

Дифференциальная функция ЗРВ определяется по формуле (9)

f (q) = - • f

Ç - C }

(9)

где А - протяженность интервала, мкм; а - параметр ЗРВ, мкм; £ - табулированные значения дифференциальной функции,

£ - N

а = -

KA

В зависимости от коэффициента вариации V находим по таблице [1] параметры и коэффициенты ЗРВ. При V = 1,26, в = 0,8; К = 1,13; Св = 1,43.

Расчет £Зсг) производим для каждого интервала и полученные данные заносим в статистический ряд

/(3) = — £ ( v ' 4,11 У 4,11

= 0,49 • £ (0,36) = 0,49 • 0,71 = 0,35;

/(5) = — £ (^^^^^

7 v > 4,11 ' У 4,11

= 0,49 • £(0,85) = 0,49 • 0,43 = 0,21;

£(7)= 4дГ■« (^^ГЛ5

= 0,49• £ (1,34) = 0,49• 0,26 = 0,13;

£ (9 )=4П £ (^^ГП5

= 0,49 • £ (1,82) = 0,49 • 0,165 = 0,081;

£ (11) = — £ Г 11-15

v ' 4,11 ' У 4,11

= 0,49 • £ (2,31) = 0,49 • 0,10 = 0,049;

£ (13) = £ Г v ' 4,11 у 4,11

= 0,49 • £ (2,79) = 0,49 • 0,08 = 0,039.

Расчет интегральной функции ЗРВ определяется по формуле

Г 0а - С Л

F (Ç ) = Ft

(11)

a

где ¥(Зк) - интегральная функция ЗРВ в конце г-го интервала; ¥1 - табулированное значение интегральной функции; а - параметр ЗРВ, мкм.

Таблица 3

Статистический ряд

Интервал, мкм 2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14

Середина интервала, мкм 3 5 7 9 10 11

Опытная частота топ г 23 26 29 17 3 2

Опытная вероятность Роп г 0,23 0,26 0,29 0,17 0,03 0,02

Сумма накопленной вероятности ЕРоп 0,23 0,49 0,78 0,95 0,98 1,00

КЗ) 0,35 0,21 0,13 0,081 0,049 0,039

т 0,47 0,66 0,777 0,86 0,89 0,91

0 2 4 6 8 10 12 14 3. мкм

Рисунок. Дифференциальная и интегральная кривые распределения зазора плунжерных пар УТН-5М

Проанализировав данные о зазоре, можно сказать, что только 10 % плунжерных пар имеют зазор от 1,5-2,0 мкм, такой, как в технических условиях на сборку плунжерных пар. И именно 10 % может использоваться без восстановления при условии, что у них не

нарушена геометрия. Максимальное значение зазора 14 мкм говорит о том, на сколько нужно уменьшать внутренний диаметр втулки, поскольку плунжер обрабатывается только в сторону уменьшения его диаметра

Ь _ 0,014 + ¡1А + / , (12)

где Ь - величина, на которую требуется уменьшить внутренний диаметр втулки, мм;

1ов - толщина металла, которая снимается за весь технологический процесс при обработке втулки, 1ов = 0,055 мм;

1оп - толщина металла, которая снимается за весь технологический процесс, процесс при обработке плунжера, 1оп = 0,012 мм;

Ь = 0,014 +0,055 +0,012 = 0,081 мм.

Поэтому выбранный способ восстановления должен обеспечить при пластиче-

ском обжатии втулки уменьшение ее диаметра как минимум на 81 мкм.

Библиографический список

1. Надежность и ремонт машин / Под ред. В.В. Курчаткина. - М.: Колос, 2000.

2. Кривенко П.М., Федосов И.М., Аверьянов В.Н. Ремонт дизелей сельхозназначения. - М.: Агро-промиздат, 1990. - 271 с.

3. Пучин Е.А., Дидманидзе О.Н., Корнеев В.М., Петровский Д.И. Технический сервис дизельной топливной аппаратуры. - М.: УМЦ ТРИАДА, 2003. - 108 с.

4. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. - Л.: Машиностроение, 1990. - С. 352.

5. Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. - М.: Мир, 1969. - 395с.