Шатунно-поршневая группа
Шатунно-поршневая группа представляет группу деталей кинематической пары – поршень-шатун, играющей важную роль в рабочем процессе дизеля. Деталями этой группы являются: поршень, уплотнительные и маслосъемные кольца поршня; палец, соединяющий поршень с шатуном; шатун и подшипники верхней и нижней головок шатуна.
Поршни дизеля ПД1М (рис. 10) представляют собой цельную отливку из алюминиевого сплава (силумина), коэффициент теплопроводности которого в 4,25 раза больше, а плотность в 2,75 раза меньше, чем у чугуна. Использование материала с высокой теплопроводностью позволило не применять специальное охлаждение поршня. Благодаря большому заряду свежего воздуха, подаваемого в цилиндры дизеля, головки поршней сверху хорошо охлаждаются воздухом, а снизу – брызгами масла при работе дизеля.
Головка поршня выполнена толстостенной с плавным переходом к цилиндрической поверхности. Торец имеет вогнутую поверхность с четырьмя вырезами для размещения головок клапанов при нахождении поршня в верхнем положении. Вогнутая форма поверхности днища способствует лучшему смешиванию распыленного топлива с воздухом и лучшему его сгоранию.
На головке и юбке поршня проточены канавки для размещения уплотнительных и маслосъемных колец. В канавках под маслосъемные кольца просверлены отверстия для стекания масла, снятого со стенок цилиндра кольцами.
В бобышках поршня расположен поршневой палец 4, удерживаемый от осевых перемещений заглушками 5, установленными в отверстиях с натягом.
Поршневые пальцы служат для соединения верхних головок шатунов с поршнями. Они изготовлены из высоколегированных хромоникелевых сталей. Наружная поверхность пальцев цементируется (науглероживается) на глубину 1,2 1,5 мм, шлифуется и полируется. По способу закреп ления в поршне пальцы выполняют неподвижными и плавающими.
Пальцы плавающего типа имеют осевой зазор в соединении с поршнем и смазываются через головки шатунов. У дизеля внутри пальца встав-
Рис. 10. Поршень дизеля ПД1М:
1 – втулка цилиндра; 2, 5 – маслосъемные кольца; 3 – заглушка; 4 – поршневой палец; 6,7 – компрессионные кольца; 8 – поршень лена втулка, развальцованная по концам. Таким образом, между телом пальца и втулкой образуется камера, куда по четырем отверстиям в середине пальца масло поступает из кольцевой канавки втулки головки шатуна. Из камеры масло вытекает на поверхность пальца по восьми отверстиям, расположенным по его концам, а затем масло стекает в картер через прорези в заглушках и по каналам в юбке поршня.
Для обеспечения надежного уплотнения поршня в цилиндре на поршне устанавливают четыре уплотнительных компрессионных колыщ 6, 7, а для регулирования подачи масла к трущимся поверхностям втулки цилиндра-три маслосъемных кольца (одно маслосъемное кольцо расположено в верхней части поршня, а два – в нижней). Весь комплект колец служит для уплотнения надпоршневого пространства и ограничения потерь масла «на угар». От конструктивно-технологических особенностей поршневых колец, а также от состояния их в эксплуатации экономичность дизелей по расходу масла может меняться в 5-10 раз. Кольца поршней дизеля изготавливают из высокопрочного легированного чугуна. Трапецеидальные кольца поршней покрыты пористым хромом, что повышает срок службы в 3-4 раза и уменьшает износ цилиндровых втулок. Пара колец прямоугольного сечения с коническим скосом для улучшения приработки покрыта тонким слоем полуды.
Кольца (рис. 11) ставят в канавки поршней с определенным зазором; при этом малый зазор может привести к заеданию кольца в канавке и ухудшению его уплотнительных свойств, а увеличенный – повышает насосное действие колец. Для снятия и установки поршневых колец применяют специальное приспособление (рис. 12).
Трапециевидная форма канавок поршня усиливает перемычку между соседними канавками и уменьшает нагар в канавках за счет самоочистки. Форма второй пары уплотнительных колец (рис. 11, а) поршня дизеля – прямоугольная с коническим скосом – обеспечивает повышенное давление за счет узкой цилиндрической поверхности и хороший контакт со стенками цилиндров. Маслосъемные кольца (рис. 11, б) имеют узкую опорную поверхность и большую упругость для создания высокого давления на стенку. Наиболее эффективны коробчатые кольца с двойной скребковой поверхностью, устанавливаемые на поршнях дизелей. У этих колец по периметру канавки профрезированьг двенадцать радиальных сквозных
Рис. 11. Поршневые кольца дизеля ПД1М:
1 – уплотнительное (компрессионное); 2 – маслосъемное пазов. Таким образом, кольцо состоит как бы из двух частей – верхней и нижней, соединенных узкими перегородками, обе части кольца имеют конусный срез в одну сторону, что дает возможность маслосъемному кольцу при движении поршня вверх скользить по маслу, а при движении вниз острыми кромками соскабливать масло со стенок цилиндров.
Поршни с шатунами из блока цилиндров вынимают и разбирают. Поршни после очистки должны иметь белую матовую поверхность. Очищать поршни стальными скребками и шаберами запрещается. Наиболее характерными повреждениями поршня являются: износ ручьев под поршневые кольца, направляющей части поршня, отверстий под поршневой палец, излом перемычек между ручьями.
Трещины в ручьях и перемычках между ними в бобышках поршня допускается устранять газовой или аргонно-дуговой сваркой. Наплавлять
Трещины и раковины в кольцах не допускаются. Зазоры в стыке кольца и между ручьем и кольцом, а также износ маслосрезывающей кромки измеряют. Разрешается доводить высоту кромок маслосрезывающих колец до чертежного размера проточкой на станке при условии, что упругость кольца после этого будет в допускаемых пределах. Трапецеидальные кольца заменяют независимо от состояния.
Поршневые пальцы, имеющие овальность более допускаемых размеров, восстанавливают до чертежного размера хромированием или методом осадки. Чистота и размеры обработанной поверхности поршневого пальца должны соответствовать чертежу на новый палец. Поверхность пальца должна быть отполирована; граненость и следы шли-
Рис. 13. Индикаторное приспособление для измерения утопання трапецеидального кольца в ручье поршня дизеля ПД1М:
1 – корпус приспособления; 2 – поршень; 3 – индикатор фовки не допускаются. Разрешается оставлять волосовины (риски) на цементированном слое поршневого пальца.
Шатуны передают усилия, действующие на поршни, шатунным шейкам коленчатого вала дизеля. Они испытывают большие динамические усилия. Изготавливают шатуны из высококачественной легированной стали штамповкой. Шатун дизеля ПД1М (рис. 14) представляет собой фа сонный стержень двутаврового сечения с верхней и нижней разъемной головками. Крышка шатуна 8 крепится к стержню шатунными болтами 4 из хромоникелевой стали. В средней части болты имеют пояски для центровки шатуна и крышки. Поверхность болтов должна быть полированной без каких-либо концентраторов напряжений. Головки болтов – круглые с лысками для удержания от проворачивания при затяжке.
Рис. 14. Шатун дизеля ПД1М:
1 – стержень шатуна; 2 – втулка верхней головки шатуна; 3, 9 – вкладыши подшипников; 4 – шатунный болт; 5 – контрольный штифт; 6 – гайка; 7 – штифт; 8 – крышка шатуна; а – верхняя головка шатуна; б – канал для смазывания; в – нижняя головка шатуна
В верхнюю головку шатуна запрессована бронзовая втулка 2, служащая подшипником для поршневого пальца. По всей поверхности втулки прорезаны наклонные канавки, служащие для равномерного распределения масла по поверхности пальца, в средней части втулки расположена кольцевая канавка и отверстия для подвода масла.
Шатунный подшипник нижней головки шатуна состоит из двух взаимозаменяемых бронзовых вкладышей, залитых слоем баббита толщиной 0,5-0,7 мм и удерживаемых от осевого смещения буртами. От проворачивания вкладыши фиксируются штифтом 8, устанавливаемым в отверстие нижней половинки подшипника. Отверстие в верхнем вкладыше служит для прохода смазки к шейке вала. Около стыков вкладышей с одной и другой стороны выфрезерованы холодильники для создания масляного клина. Вкладыш, устанавливаемый в расточку корпуса шатуна, является наиболее нагруженным и называется рабочим бескана-вочным вкладышем. Его внутренняя поверхность не имеет канавки.
Вкладыш, располагающийся в крышке шатуна, имеет кольцевую канавку и называется нерабочим канавочным вкладышем. В центре канавки просверлено отверстие.
Неисправностями шатуна являются трещины, овальность и конусность отверстия нижней головки шатуна. Овальность нижней головки шатуна измеряют только при затянутых шатунных болтах по меткам. Шатун, имеющий овальность отверстия нижней головки более 0,2 мм (против чертежного размера), заменяют.
Зазор между поршневым пальцем и втулкой верхней головки шатуна измеряют щупом. Втулку, имеющую предельный износ или ослабление в посадке, заменяют. Разрешается восстанавливать втулки путем омеднения или методом осадки. В случае заклинивания или задира поршня в цилиндре, разрушения вкладышей шатунного подшипника измеряют величину скручивания и непараллельности осей отверстий нижней и верхней головок шатуна. Шатуны, имеющие скручивание или непараллель-ность осей отверстий, разрешается править горячим способом.
Шатунные болты проверяют дефектоскопом. Болты, имеющие трещины в любой части, а также изъяны в резьбовой части (срыв ниток, вытянутость, неправильный профиль, дробленность, заусенцы, риски), заменяют. Производить сварочные работы на болтах или проточку болтов до размеров менее чертежных запрещается.
При комплектовании шатунно-поршневой группы для уравновешивания вращающихся масс детали подбирают с таким расчетом, чтобы масса поршня на дизеле отличалась от другого не более чем на 200 г, а комплекта поршня с шатуном – не более чем на 450 г. Массу поршня подгоняют путем удаления металла с его нижней торцевой поверхности, а массу комплекта регулируют подбором шатуна необходимой массы или снятия металла в местах, указанных на чертеже.
При сборке деталей шатунно-поршневой группы должны соблюдаться следующие требования:
• детали должны быть тщательно промыты в эмульсии с применением ПАВ и продуты сжатым воздухом. Допускается окунание в керосин. Проверяется чистота отверстия в шатуне и маслоотводящих отверстий в поршне;
• заглушки поршневого пальца не должны выступать над поверхностью поршня, овальность направляющей части поршня до и после запрессовки заглушек не должна изменяться более чем на 0,08 мм;
• линейная величина камеры сжатия должна проверяться при каждой выемке поршня из цилиндра на плановых ремонтах тепловоза или смене поршня, шатуна, цилиндровой крышки или втулки при неплановых. Линейная величина камеры сжатия должна быть в пределах допускаемых размеров, при этом разномерность этой величины на одном дизеле допускается не более 0,6 мм, а ее регулировка производится за счет съема металла с торца цилиндровой крышки;
• поршневые кольца должны устанавливаться на поршне при помощи приспособления, ограничивающего развод замка. Замки колец должны быть смещены на 120° друг относительно друга, при этом замки двух верхних колец не должны располагаться со стороны впускных клапанов; кольца должны свободно поворачиваться в ручьях поршня. Между ручьем поршня и кольцом должен быть зазор в пределах допускаемых размеров;
• поршни в сборе с шатуном перед опусканием в цилиндр дизеля необходимо продуть сжатым воздухом, поршень и поршневые кольца смазать тонким слоем дизельного масла;
• при ремонте деталей шатунно-поршневой группы запрещается менять местами поршни по цилиндрам на одном дизеле.
Шатунно-поршневая группа вместе с коленчатым валом являются основным рабочим механизмом поршневого двигателя внутреннего сгорания. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала при помощи шатуна, сочлененного шарнирно с верхней головкой поршневым пальцем и нижней головкой с шейкой колена вала. Рабочая полость располагается над поршнем в цилиндре, закрытом крышкой. Поршень – наиболее ответственная и напряженная часть двигателя. Он выполняет следующие функции:
обеспечивает требуемую форму камеры сгорания и герметичность внутрицилиндрового пространства;
передает силу давления газов на шатун и систему цилиндра;
управляет открытием и закрытием окон (выполняет функции золотника).
В процессе работы на поршень действуют механические нагрузки давления газов и сил инерции, а также высокие тепловые нагрузки в период непосредственного соприкосновения его с горячими газами при сгорании топлива и расширении продуктов сгорания. Дополнительно поршень нагревается от трения о стенки цилиндра. При нагреве поршня понижаются механические свойства его материала и возрастают термические напряжения в нем. К тому же ухудшается наполнение цилиндра свежим зарядом, из-за чего уменьшается мощность двигателя, появляются условия для заклинивания поршня в цилиндре, ухудшается работа кольцевого уплотнения. Поршни ДВС, наряду с достаточной прочностью и жесткостью, должны иметь возможно меньшую массу для уменьшения сил инерции, обладать высокой теплопроводностью и износостойкостью. Конструкция поршня должна обеспечивать свободное перемещение его в цилиндре и достаточную герметичность для предотвращения прорыва газа из камеры сгорания в картер и попадания масла со стороны картера в рабочую полость цилиндра, что наблюдается при больших зазорах между кольцом и канавкой поршня. При этом появляется так называемое насосное действие поршневых колец, которое происходит при перекладке зазоров между кольцами и стенками канавок поршня в ВМТ и НМТ.
На наружной поверхности в верхней цилиндрической части поршня имеются канавки для поршневых колец, необходимых для предохранения цилиндра от прорыва газов и попадания смазки из картера в камеру сгорания. Нижняя часть поверхности поршня служит направляющей. Верхнюю часть поршня называют головкой, а направляющую (тронковую) часть – юбкой. На внутренней поверхности юбки поршня имеются бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца.
Поршни изготавливают из стали, чугуна, алюминиевых и магниевых сплавов. На тепловозах применяют поршни в основном чугунные, а также из алюминиевых сплавов.
Чугунные поршни отличаются малым коэффициентом линейного расширения, высокой прочностью и износостойкостью, но имеют большую массу по сравнению с алюминиевыми. Поршни из алюминиевых сплавов обладают меньшей прочностью и износостойкостью, но значительно легче чугунных. Теплопроводность алюминиевых сплавов в 3.4 раза выше, чем у чугуна, поэтому температура днища поршней из алюминиевых сплавов ниже, чем у чугунных поршней. В этой связи в двигателях с поршнями из алюминиевых сплавов улучшается наполнение цилиндра свежим зарядом и уменьшаются затраты энергии на трение поршня о цилиндр вследствие меньшего коэффициента трения алюминиевых сплавов.
Существенным недостатком поршней из алюминиевых сплавов является высокий коэффициент линейного расширения по сравнению с чугунными (примерно в 2.2,5 раза больше, чем у чугуна). Поэтому поршни из этих сплавов устанавливают в цилиндры с большим зазором, который затрудняет пуск дизеля, вызывает стук при работе непрогретого двигателя и на малых оборотах коленчатого вала.
Поршни из алюминиевых сплавов применяются на дизелях ПДШ, Д50, ЗЮБЯ, М750, 1Д12 и др. На дизелях 11Д45, 14Д40 применяются составные поршни, состоящие из тронка, головки и вставки. На дизелях типа Д100 установлены поршни, у которых чугунная головка и тронк отлиты в единую деталь. Поршни дизелей типа Д49 имеют стальную головку, а тронк и вставка их изготовлены из алюминиевого сплава в виде единой детали (рис. 7.12).
Для лучшего охлаждения головок поршней в их днищах с внутренней стороны сделаны канавки, к которым подается масло из верхней головки шатуна через стакан, прижимаемый пружиной к шатуну. Горячее масло по каналу в поршне стекает в картер. В отверстия бобышек тронка устанавливается палец, соединяющий верхнюю головку шатуна с поршнем, на головке которого проточены канавки для поршневых колец.
Поршневые кольца по своему назначению делятся на компрессионные (уплотнительные) и маслосъемные (маслосрезываю-щие). Компрессионные кольца предназначены для уплотнения зазора между поршнем и цилиндром и отвода тепла от поршня.
Маслосъемные (маслосрезывающие, маслосгонные) кольца (рис. 7.13) препятствуют попаданию масла в камеру сгорания. Разрезные кольца прижимаются к стенке цилиндра за счет собственной упругости и давления газов. В период сгорания топлива силы от давления газов в 40. 70 раз превышают силы упругости колец. Высокие температуры и недостаток смазки приводят к большим износам как колец (особенно первого), так и втулки цилиндра.
Число поршневых колец, обеспечивающих достаточное уплотнение, определяется частотой вращения коленчатого вала и типом двигателя. Чем выше частота вращения, тем меньше число поршневых колец. Изготавливаются поршневые кольца из специального чугуна по особой технологии. В двухтактных дизелях типов Д100, Д40, поршни которых работают в тяжелых термодинами-
Рис. 7.12. Поршень дизеля 1А-5Д49-2: 1 – шпилька; 2 – втулка; 3 – палец; 4 – стопорное кольцо; 5 – уплотнительное кольцо; 6 – головка поршня; 7 – компрессионные кольца с односторонней трапецией; 8 – компрессионное (минутное) кольцо; 9, 15 – маслосъемные кольца; 10 – экспандер; /1 – тронк; 12 – трубка; 13 – стакан; 14 – пружина; 16 – проволока; 17- гайка; а – полость охлаждения днища крышки; б – отверстие для перетока масла; в – канал для слива масла из полости охлаждения
Рис. 7.13. Поршневые кольца: а – уплотнительные: 1-5- сечения колец; а – угол скоса поршневых колец; р – угол скоса, предназначенного для очистки канавки поршневого кольца; б – маслосрезывающие: 1-9 сечения колец; у – угол скоса рабочей плоскости; в – замки колец: 1-3 – формы колец; Д – зазор
ческих условиях, применяются биметаллические кольца – чугунные со вставкой из бронзы и двойным конусом наружной поверхности. Бронзовая вставка при работе двигателя изнашивается, образуя на стенке цилиндра металлическую пленку, которая предохраняет зеркало цилиндра от задиров и увеличивает теплоотдачу. Компрессионные кольца для повышения износостойкости покрывают хромом. На быстроходном дизеле типа М750 применяют хромированное стальное кольцо, которое устанавливают в первую канавку для повышения надежности.
Маслосрезывающие кольца выполняются с одним или двумя окнами для отвода масла. В некоторых кольцах для повышения упругости используются экспандеры. Замки колец бывают косые под углом 15°, прямые или выполненные внахлест.
Различают поршневые пальцы с жестким закреплением в бобышках поршня или вставки и плавающие, которые могут вращаться вокруг собственной оси. Плавающие пальцы имеют меньший износ, и они чаще применяются на тепловозных дизелях. При работе на поршневой палец действуют большие силы, переменные по величине и направлению. Он должен быть прочным и износостойким, поэтому его изготавливают из высококачествен-
Рис. 7.14. Шатунно-поршневая группа дизелей типа Д49: 1 – главный шатун; 2 – поршень; 3 – пружина; 4 – стакан; 5 – маслосъемное кольцо с экспандером; 6 – тронк; 7 – втулка верхней головки шатуна; 8 – палец; 9 – стопорное кольцо; 10 – болт прицепного шатуна; 11 – прицепной шатун; 12 – палец прицепного шатуна; 13 – втулка-подшипник; 14 – шатунные болты; 15 – крышка; 16 – вкладыши; о, в, г, д, е – каналы; б – полость охлаждения; ж – отверстие под штифт; з – зубчатый стык
ной углеродистой или легированной стали. Рабочую поверхность пальца цементируют с последующей термической обработкой для придания ей большей твердости.
Шатун связывает колено вала с поршнем. При работе шатун совершает сложное качательное движение и подвергается переменной по величине и направлению нагрузке от давления газов и сил инерции. Действующие на шатун силы вызывают в нем сложные деформации – сжатие, растяжение, продольный и поперечный изгибы. Поэтому шатун должен быть жестким и прочным при возможно малой массе. Шатуны изготавливают из углеродистой или легированной стали ковкой или штамповкой с последующей механической и термической обработкой.
В зависимости от типа двигателя и расположения цилиндров на тепловозах применяются шатуны однорядных и У-образных двигателей.
Стержни шатунов имеют двутавровое сечение. В У-образных дизелях (типа Д40, Д49, М750 и др.) применяются шатуны с прицепным сочленением главного и прицепного шатунов (рис. 7.14).
В верхней головке шатунов однорядных двигателей запрессовывается бронзовая втулка с канавками для масла. Нижняя головка разъемная. Крышка нижней части крепится болтами. Точная установка крышки обеспечивается штифтами или замковым устройством разъема в виде зубцов либо в виде каблучков.
В нижнюю головку шатуна устанавливаются верхний и нижний стальные тонкостенные вкладыши, залитые по рабочей плоскости свинцовистой бронзой. Тыльная сторона вкладышей покрывается медью. Вкладыши устанавливают с натягом, который, измеренный в специальном приспособлении, выбивается на торце вкладыша. Вкладыши не взаимозаменяемы. В нижнем вкладыше имеются канавки с отверстиями для перетока масла, которое по отверстиям и по каналу в крышке перетекает в канал стержня шатуна и далее к верхней головке и днищу поршня.
Шатунный механизм У-образных дизелей состоит из главного и прицепного шатунов, соединенных между собой пальцем. В дизеле типа Д49 палец закрепляется двумя болтами к прицепному шатуну, который имеет вращательные движения во втулке, запрессованной в проушине главного шатуна. В дизелях типов Д40 и Д45 палец штифтом крепится к проушине главного шатуна, а нижняя головка прицепного имеет запрессованную втулку-подшипник. Через отверстия в нижней головке масло поступает к пальцу, затем по каналу стержня прицепного шатуна к верхней головке и далее к днищу поршня.
В эксплуатации работа деталей шатунно-поршневой группы происходит в условиях больших термических и механических нагрузок. Наиболее распространенными повреждениями являются:
у поршней – термические трещины и прогары головок поршней; износ и отслаивание полуды тронковой части поршня; износ ручьев под кольца; наблюдается насосное действие поршневых колец, сопровождаемое повышенным расходом масла; задиры поршней; трещины у ручьев поршней, а также их вставок; ослабление или обрыв шпилек крепления вставки (Д100), шпилек крепления головки поршня к тронковой части (Д49); ослабление посадки и износ втулок под поршневой палец;
у поршневых колец – износ, излом, пригорание и потеря упругости;
у поршневых пальцев – износ (овальность, конусность), трещины, задиры;
у шатунов – износ и выкрашивание втулки, трещины, изгиб, скручивание, обрыв шатунных болтов, повреждение резьбы, вытягивание шатунных болтов, закупорка масляных каналов;
у вкладышей шатунов – износ, выкрашивание баббитовой заливки, потеря натяга.
При проведении ТО-3 запускают дизель, убеждаются в отсутствии посторонних шумов при работе деталей шатунно-поршне-вой группы и клапанов, течи воды через уплотнения втулок цилиндров. После остановки двигателя проверяют затяжку гаек цилиндровых крышек, производят дозатяжку шпилек крепления втулок цилиндров, проверяют крепление шатунных подшипников, положение стыков вкладышей, состояние шплинтов гаек шатунных болтов, поворачивая коленчатый вал, осматривают втулки цилиндров. Прокачивают масло дизеля и убеждаются в его поступлении к шатунным подшипникам, втулкам верхних головок шатунов, на охлаждение поршней, к рычагам привода клапанов и гидротолкателя. На дизелях типа Д100 осмотр гильз цилиндров, поршней и поршневых колец проводят через открытые люки картера, выпускного коллектора и воздушного ресивера, освещая осматриваемые детали переносной лампой. Для проворачивания коленчатого вала применяют электропривод к валоповоротному механизму.
При проведении ТР-1 кроме выполнения вышеперечисленных работ регулируют зазоры в гидротолкателях и опрессовывают дизель водой. Пропуск воды через уплотнения втулок цилиндров и крышек не допускается.
На цилиндрах типах Д100 открывают крышки воздушных ресиверов и выпускных коллекторов для проверки состояния поршневых колец верхних и нижних поршней. Поршни, у которых выявлены оплавление кромок, наличие разгарной сетки в днище, отсутствие слоя олова на тронковой части поршня, грубые риски, задиры, трещины, отколы, ослабление медной вставки поршневых колец, снимают с дизеля, очищают, проверяют дефектоскопом и ремонтируют.
После одиночной смены поршней из-за прогара проверяют линейную величину камеры сжатия и расстояние от головки нижнего поршня (в ВМТ) до оси форсуночного отверстия цилиндро-вочной втулки, которое должно составлять 1,4 мм. Проверяют выход реек топливных насосов, установку форсунок и качество распыла топлива. При необходимости заменяют топливные насосы высокого давления. Качество распыла форсунок проверяют на стенде, в соответствии с требованиями.
При проведении ТР-2 и ТР-3 производят разборку дизеля, перед которой сливают воду, масло, снимают крышу с тепловоза и демонтируют выпускные коллекторы. Снимают топливные насосы высокого давления, лоток с распределительным механизмом штанги и патрубки штанг, крышки клапанной коробки, крышки люков блока, форсунки и трубки к ним. Ослабляют гайки крепления крышек цилиндров к блоку. Отсоединяют прицепные шатуны от главных и, поочередно устанавливая поршни в ВМТ и удерживая их вместе с шатунами во втулке цилиндров с помощью специального приспособления, демонтируют прицепные и главные шатуны в комплекте с цилиндровыми крышками, втулками и поршнями (дизели типов Д49, Д40, Д45).
Каждый комплект устанавливают в кантователь для последующей разборки.
В процессе разборки все детали маркируют, указывая их положение в сборочной единице. Затем все детали подвергают мойке и очистке. Чистые детали освидетельствуют и дефектоскопируют. Отбракованные и не подлежащие восстановлению заменяют, соблюдая соответствие по массе отбракованной детали. Обточку нового ремонтного поршня производят по градационным размерам втулки цилиндра. Увеличение диаметра втулки допускается не более чем на 1,5 мм.
Поршневые и шатунные пальцы подлежат замене при наличии трещин или размеров, выходящих за допустимые пределы. Пальцы, восстановленные методом раздачи, тщательно проверяют магнитным дефектоскопом.
После проверки магнитным дефектоскопом шатуны подлежат обязательному размагничиванию на специальной установке. В отсутствии остаточного магнетизма убеждаются с помощью компаса – на расстоянии 30 см от детали его стрелка не должна отклоняться. Втулки главного и прицепного шатунов подлежат замене, если контрольные размеры выше установленной нормы. Деформацию шатунов (изгиб, скручивание) определяют на контрольной плите – она не должна превышать допуски, установленные Правилами ремонта.
Вкладыши шатунных подшипников тщательно осматривают и бракуют при наличии трещин или отслаивания заливочного слоя, наклепа на поверхности стыков и тыловой части, задиров шириной более 3 мм на армированной поверхности, зазора «на масло» более 0,4 мм, износа армировки до бронзы и недостаточного натяга.
Новый вкладыш подбирают по толщине, обеспечивая зазор «на масло» 0,2.0,3 мм. Прилегание вкладышей к постели проверяют по краске. Оно должно быть более 80 % площади при затянутых шатунных болтах. Натяг вкладышей восстанавливают меднением, толщина которого не должна быть более 0,15 мм.
После сборки комплекта шатунов с поршнями проверяют их массу. Допускается разница по массе между комплектами одного дизеля не более 0,5 кг. Сборку комплекта (крышки и втулки цилиндра, поршня) с главным и прицепным шатунами производят в кантователе. Затем производят опрессовку крышки и втулки цилиндра водой давлением 1,22 МПа в течение 5 мин. Течи и отпотевание не допускаются.
После сборки и установки комплектов опрессовывают дизель водой давлением 0,3 МПа. Течь воды в соединениях и через уплотнение втулок цилиндров не допускается. Затем производят опрес-совку маслом давлением 0,15 МПа, при которой проверяют поступление масла к шатунным подшипникам; к пальцам прицепных шатунов; к верхним головкам шатунов; на охлаждение поршней; к гидротолкателям и осям рычагов.
Обработка дерева и металла
Поршневая группа деталей входит в состав механизмов преобразования вращательного движения в поступательное.
К основным деталям поршневой группы относится цилиндр состоящий из так называемой рубашки и внутренней втулки или гильзы, и поршень с поршневыми кольцами. Поршень соединен с шатуном посредством поршневого пальца, второй конец шатуна имеет вкладыш, который соединяет шатун с коленчатым валом.
В процессе эксплуатации вследствие износа увеличивается зазор между стенками цилиндра и поршня; поверхность цилиндра приобретает нецилиндричность и некруглость, на стенках цилиндра образуются задиры. Поршневые кольца становятся менее упругими, увеличивается зазор в замках, т. е. в местах, где находится стык концов. В результате всего этого в полости цилиндра уменьшается компрессия, т. е. степень сжатия газов, так как газы просачиваются между стен-нами поршня и цилиндра. Из-за износа нарушается также посадка поршневого пальца в бобышках поршня и головке шатуна и посадка головки шатуна на шейке вала, что влечет за собой возникновение стука в сопряжениях.
Ремонт деталей поршневых и кривошипно-шатунных механизмов часто обходится дороже, чем изготовление новых. Поэтому в каждом конкретном случае судят о целесообразности и методе ремонта. Наибольший эффект достигается заменой изношенных деталей новыми запасными частями. При этом снижается время простоя машин из-за ремонта, снижается трудоемкость и повышается качество ремонта. Однако в ряде случаев и особенно при ремонте крупных компрессоров, пневматических молотов и других (и при отсутствии запасных частей) детали поршневых и кривошипно-шатунных механизмов приходится ремонтировать. В таком случае рационально пользоваться методами, рассмотренными ниже.
При ремонте деталей поршневой группы необходимо строго выдерживать технические требования на ремонт.
Изношенные цилиндры принято ремонтировать по системе ремонтных размеров. При восстановлении цилиндра в сопряжении цилиндр — поршень производится механическая обработка отверстия цилиндра под больший ремонтный размер и соответственно подбирается новый поршень, диаметр которого больше диаметра прежнего.
Ремонтные размеры цилиндров, как правило, устанавливаются заводами-изготовителями. Эти размеры для цилиндров двигателей идут с градацией 0,5—1,0 мм в зависимости от диаметра цилиндра. Если, например, первоначальный (номинальный) диаметр цилиндра равен 101,57+°06 мм, то его первый ремонтный размер будет 102,07+° °® мм, второй — 102,57+0’06 мм и т д. до последнего пятого размера 104,07+0’06 мм. Последний ремонтный размер должен быть таким, чтобы цилиндр был достаточно прочным.
Восстановление рабочей поверхности цилиндра по системе ремонтных размеров имеет то преимущество, что многократно используется корпус цилиндра (или блок цилиндров). Изготовление же нового цилиндра требует больших трудовых затрат.
Рис. 1. Поршневая группа деталей
Цилиндры, износ которых вышел за пределы последнего ремонтного размера, в отдельных случаях можно восстановить растачиванием и последующей запрессовкой гильзы. Гильзу запрессовывают в расточенный корпус с натягом, затем обрабатывают ее отверстие до номинального размера отверстия цилиндра.
Если в цилиндре уже имеется гильза и она изношена, то ее растачивают до ближайшего ремонтного размера на расточном или токарном станке.
После расточки производят хонингование цилиндров. Припуски на хонингование должны составлять 0,06—0,09 мм.
При отсутствии на предприятии хонинговального станка отделочную операцию отверстия цилиндра можно выполнить на токарном или сверлильном станке, применяя шлифовальную головку.
После окончательной обработки внутренняя поверхность цилиндра должна иметь 9-й класс шероховатости.
У поршней в результате эксплуатации изнашиваются канавки и отверстия под поршневой палец, а также образуются трещины на донышке и риски на поверхности поршня.
Отверстия для поршневого пальца развертывают вручную специальной разверткой в небольших поршнях и растачивают на расточном станке у поршней больших размеров. Расточку можно выполнять и на токарном станке, если применить специальное приспособление. Выбор посадки поршневого пальца в отверстие поршня — с натягом или зазором — зависит от конструкции поршня и условий, в которых он работает.
Места на цилиндрической поверхности поршня, где имеются задиры или наплывы, а также днище запиливают личным напильником, потом зачищают и полируют мелкозернистой наждачной бумагой.
Поршни с трещинами обычно выбраковывают. Значительному износу подвержены поршневые канавки, которые восстанавливают проточкой на токарном станке до ремонтного размера.
Ремонт поршневых пальцев и поршневых колец
У поршневых пальцев изнашивается наружная поверхность, сопрягаемая со втулкой шатуна и бобышкой поршня. Предельно допустимый зазор между пальцем и втулкой в зависимости от типа машин составляет от 0,1 — до 0,15 мм, а зазор после ремонта должен составлять 0,002—0,025 мм. При ремонте изношенные пальцы часто заменяют новыми, поскольку трудоемкость их изготовления невелика, и пригоняют по восстановленным отверстиям в поршне и втулке шатуна. Иногда пальцы хромируют по наружному диаметру с тем, чтобы они соответствовали увеличенному размеру. Если поршень заменен новым, нужно исходить из того, что его отверстие под поршневой палец имеет номинальный размер.
Из всех деталей шатунно-поршневой группы наибольшему износу подвергаются поршневые кольца и особенно верхнее компрессионное кольцо. Об иЗносе колец судят по зазорам между кольцом и канавкой и в стыке. Поршневые кольца, если зазор между кольцом и канавкой больше 0,3—0,4 мм, а в стыке больше 3—4 мм, обычно заменяют.
Кольцо, потерявшее упругость, также заменяют. Для определения упругости поршневого кольца пользуются специальным прибором и таблицами, указывающими соотношение между силой сжатия и зазором, который должен получиться при этом сжатии.
Рис. 3. Поршневые кольца:
а — форма замка кольца, б — схема закрепления заготовки кольца для обработки по внутреннему диаметру, в — закрепление кольца для обработки по наружному диаметру, г — измерение зазора в замке шупом
В ремонтной практике поршневые кольца обычно изготовляют так: обтачивают чугунный пустотелый цилиндр, затем его разрезают на кольца с припуском для последующей обработки колец по наружному и внутреннему диаметрам, а также по высоте. Из каждого кольца вырезают небольшой участок, образуя сквозную щель, позволяющую кольцу сжиматься и создавать стык.
В стыке устраивается так называемый замок, препятствующий просачиванию газов. Его делают либо с косым вырезом под углом 45°, либо с прямым вырезом в накладку. Второй способ более надежный, но следует иметь в виду, что у колец малого диаметра нельзя делать замок в накладку, так как его тонкие части тогда легко обламываются. Кольца диаметром 300 мм и более сжимают почти до соприкосновения поверхностей выреза (торцов) и спаивают, затем их окончательно протачивают по наружному и внутреннему диаметрам. После этого кольца распаивают.
Поршневые кольца растачивают и обтачивают на размер на специальных оправках, после того как у колец сделан вырез, устроен замок и окончательно обработаны торцы. На одной оправке кольцо растачивают в размер, на другой оправке его окончательно обрабатывают снаружи. Закрепление поршневого кольца в оправках производят через фланцы и винтом.
Зазор между кольцом и канавкой по высоте в отремонтированных сочленениях колеблется от 0,06 до 0,12 мм и зависит от типа машины. Проверяют зазоры шупом.
Поршневые кольца больших размеров пригоняют к канавкам шабрением с последующей притиркой торцов по плите. Если имеется возможность, то лучше шлифовать кольца на плоскошлифовальном станке. Небольшие кольца пригоняют шлифованием.
Поместив кольцо в восстановленном цилиндре, определяют зазор в замке щупом. Заключительные операции — пригонка замка и его зачистка — личным напильником, либо оселком.
При установке колец на поршень необходимо добиться равномерного расположения замков по периметру цилиндра, что еще надежнее предотвращает прорыв находящихся в цилиндре газов или пара.
В двигателях, компрессорах и паровых машинах применяются разные виды шатунов, однако условия, в которых они все работают, предъявляемые к ним требования в основном одинаковы.
Рис. 4. Шатун:
а — комплект деталей шатуна, б — проверка параллельности осей верхней и нижней головок шатуна; 1— стержень, 2—болты, 3 — поверхности разъема большой головки, 4 — гайки, 5 — шплинты, 6,9 — половинки большой головки, 7—вкладыши, 8— прокладки, 10 — втулка, 11— малая головка шатуна. 12 — призма, 13 — опорная площадка, 14 — контрольная плита, 15 — щуп, 16 — оправки
Шатун состоит из ряда деталей, которые в работе изна-тиьшшся. Стержень изгибается или скручивается, повреждаются поверхности разъема большой головки шатуна и крышки. Могут изнашиваться вкладыши или втулки 10, поверхности посадочного отверстия в малой головке 11, внутренняя поверхность большой головки под вкладыши.
Если стержень шатуна изогнут или скручен несильно, его выправляют на прессе.
Для проверки шатунов на изгиб и скручивание применяют специальное приспособление, основными частями которого являются контрольная плита с оправками и и призма. В верхнюю головку устанавливают оправку и надевают шатун нижней головкой на оправку. На цилиндрические выступы оправки устанавливают призму, имеющую три опорные площадки. Если стержень шатуна не изогнут и не скручен, оси отверстий головок должны быть параллельны, при этом все три опорные площадки будут соприкасаться с плитой. Возможный зазор между какой-либо из опорных площадок и плитой контролируется щупом. Допустимая величина зазоров в каждом конкретном случае указывается в инструкционной карте.
Не разрешается править шатуны в сборе.
Шатуны с небольшим износом поверхностей отверстий большой головки и крышки ремонтируют так: опиливают, фрезеруют или пришабривают по плите поверхности разъема с учетом того, что в результате последующего растачивания внутренних цилиндрических поверхностей диаметр этих отверстий несколько увеличится; поверхности разъема со значительными повреждениями можно восстановить наплавкой с последующим фрезерованием. При износе баббита вкладышей производят перезаливку и затем вкладыши растачивают. Изношенное отверстие головки растачивают до следующего ремонтного размера и изготовляют новую втулку.