Введение
Вкладыши подшипников работают в сложнонапряженных условиях.Работоспособность антифрикционного слоя зависит от свойств материала антифрикционногослоя, конструкции подшипников, а также от эксплуатационных характеристик — скорости вращения вала, удельного давления, температуры, вибрационных нагрузок,наличия и характеристик смазочного масла.
Основными видами отказов тонкостенных вкладышей подшипниковСОД являются: износ антифрикционного слоя, задиры и потеря натяга. Анализтехнического состояния заменяемых вкладышей рамовых и мотылевых подшипниковглавных и вспомогательных дизелей показывает, что в 90 % случаев причинами ихотказов являются различные виды изнашивания антифрикционных слоев: абразивное,гидроэрозионное, усталостное и др. Кроме износа, который возникает в результатетрения, антифрикционный слой раз рушается под воздействием знакопеременныхциклических нагрузок, кавитационного воздействия масла.
Подшипники скольжения различных механизмов в настоящее времяизготавливаются с антифрикционными слоями из различных материалов (баббит, бронза,сплавы на основе алюминия и свинца и др.). Изготовление подшипниковпроизводится различными способами: статической и центробежной заливкойантифрикционного сплава на стальную основу, гальваническим способом нанесенияантифрикционного материала, изготовлением из плакированной ленты,ионно-плазменным напылением тонких слоев, газопламенным и плазменным напылениемантифрикционного слоя на стальную основу.
1.Техническая характеристика объекта ремонта
1.1 Назначение ихарактеристики объекта на ремонт
Дизелестроительная фирмаМАН изготовляет двухтактные двигатели простого действия, крейцкопфныереверсивные двигатели с турбонаддувом и четырехтактные двигатели среднейбыстроходности.
Мощные двухтактныекрейцкопфные дизели МАН маркируются в следующем порядке: К — крейцкопфный;следующая цифра обозначает число цилиндров; Z — двухтактный; далее геометрические размеры, см, обозначающиедиаметр и ход поршня; затем буквенное обозначение, характеризующее степеньнаддува и конструкторско-технические изменения.
Двигатели МAH K6Z57/80 С, А3 двухтактные, вертикальные срядным расположением цилиндров, крейцкопфные, реверсивные с газотурбиннымнаддувом. Спецификационные данные даны в таблице 1.
Таблица 1. Спецификационныеданные по двигателю МANK6Z57/80С,А3Наименование Единица измерения Характеристика Номинальная эффективная мощность Э.Л.С. 4000/3250 Номинальное число оборотов
мин-1 225/185 Диаметр цилиндра мм 570 Ход поршня мм 800 Порядок нумерации цилиндров от маховика Порядок работы цилиндров на передний ход 1-5-3-4-2-6 1 Давление сжатия кгс/см2 %5-47 Максимальное давление сгорания кгс/см2 98 Среднее индикаторное давление кгс/см2 7,6 Среднее элективное давление кгс/см2 6,45 Марка турбонагнетателя VTR 400/ATL №6 Число туобонагнетателей шт 2 Температура наддувочного воздуха перед двигателем °с 30 Температура выхлопных газов за цилиндром при номинальной нагрузке °с не более 370 Температура выхлопных газов за цилиндром при перегрузках не более 400 Температура охлаждающей пресной воды цилиндров и цилиндровых крышек при номинальной нагрузке на выходе °с 60-65 Разница температуры охлаждавшей пресной воды цилиндров и цилиндровых крышек при номинальной нагрузке на входе и выходе °с не более 7-10 Давление охлаждающей пресной воды кгс/см2 2 Температура охлаждающего масла поршней при номинальной нагрузке на входе °с 40-45 Температура охлаждавшего масла поршней при номинальной нагрузке на выходе °С 50-55 Разница температуры охлаждавшего масла поршней при номинальной нагрузке па входе выходе °с не более 6-10 Температура смазочного масла при номинальной нагрузке на входе °С 40-45° Давление охлаждающего масла на входе кгс/см2 4-6 Давление смазочного масла на входе кгс/см2 2 Давление пускового воздуха а) номинальное кгс/см2 30 б) наименьшее, достаточное для пуска холодного двигателя кгс/см2 15 Удельной расход топлива г/элс.ч 160+10% Удельный расход смазочного масла цилиндрово – поршневой группы. г/элс.ч 0,8-1.0
1.2 Конструктивныеособенности двухтактных двигателейФундаментнаярама и рамовые подшипники
Фундаментная рама состоит из высоких сварных продольныхбалок и сварных поперечных балок с литыми постелями подшипников.
Для ее крепления к судовому фундаменту используютсядлинные податливые фундаментные болты и приспособления для гидрозатяжки.
Масляный поддон, изготовленный из стального листа,приварен к фундаментной раме. В масляном поддоне собирается масло, сливаемое изсистем циркуляционной смазки и масляного охлаждения. В районе каждого третьегоцилиндра в поддоне предусмотрены горловины с сеткой для вертикального сливамасла. В качестве дополнения могут быть предусмотрены горизонтальные сливы скаждого торца.
Рамовые подшипники состоят из стальных вкладышей,залитых белым металлом. Нижний вкладыш выкатываться и закатываться с помощьюспециального инструмента и гидравлических приспособлений для подъемаколенчатого вала. Вкладыши удерживаются на месте крышкой подшипника.Упорныйподшипник
Упорный подшипник типа B&W-Michell состоит, впервую очередь, из упорного гребня на коленчатом валу, опоры подшипника ичугунных сегментов, залитых белым металлом. Упорный гребень является при этомнеотъемлемой частью коленчатого вала.
Упор гребного винта передается через упорный гребень,сегменты, фундаментную раму фундаменту двигателя и концевым клиньям. Упорныйподшипник получает смазку от системы смазки двигателя.Валоповоротноеустройство и его маховик
Маховик валоповоротного устройства крепится к фланцуупорного гребня. Маховик вращается шестерней редуктора валоповоротногомеханизма, смонтированного на фундаментной раме.
Валоповоротный механизм приводится электродвигателем свстроенной передачей и тормозом. Валоповоротное устройство оборудованоблокировкой, не допускающей пуска главного двигателя при включенномвалоповоротном устройстве. Включение и выключение валоповоротного устройстваосуществляется вручную путем осевого перемещения шестерни.Блокцилиндров, втулка цилиндра и сальник поршневого штока
Блок цилиндров выполнен из чугуна. Совместно сцилиндровыми втулками он образует полость продувочного воздуха и водянуюохлаждающую полость. В верхней части отсека цепного привода установлен блокзвездочек. На стороне распределения двигателя блоки цилиндров снабжены лючкамидля очистки полости продувочного воздуха и осмотра продувочных окон.
К блоку цилиндров крепится коробка распределительноговала и лубрикаторы.
Кроме того, к блоку цилиндров крепятся маслопроводыподачи масла для охлаждения поршней и для смазки. На днище блока цилиндрарасполагается сальник поршневого штока с уплотнительными кольцами для продувочноговоздуха и маслосъемными кольцами, препятствующими попаданию масла в продувочнуюполость.
В верхней части блока цилиндров размещен подводохлаждающей пресной воды и на блоке цилиндров размещены сливы из сальниковпоршневых штоков.
Втулки цилиндров отлиты из легированного чугуна. Верхняячасть втулки окружена чугунной охлаждающей рубашкой. Втулка цилиндра имеетпродувочные окна и сверления для штуцеров цилиндровой смазки.Крышкацилиндра
Крышка цилиндра откована из стали, цельная, имеетсверления для охлаждающей воды. Она имеет центральное отверстие для выпускногоклапана и каналы для форсунок, предохранительного клапана, пускового клапана ииндикаторного крана. Крышка цилиндра присоединяется к блоку цилиндра шпилькамии гайками, затягиваемыми гидродомкратом.
Выпускной клапан и его гидропривод
Выпускной клапан состоит из корпуса клапана и штока.Корпус клапана чугунный и имеет водяное охлаждение. Нижняя часть корпусаклапана изготовлена из стали с наплавкой твердого сплава на седло. Нижняя частьохлаждается водой. Шток изготовлен из жаростойкой стали, также с наплавленнойтвердым сплавом тарелкой. В корпусе установлена направляющая клапана.
Корпус выпускного клапана крепится к крышке цилиндра нашпильках с гайками. Выпускной клапан открывается гидравлически, и закрываетсясжатым воздухом. При работе клапан медленно вращается под действием выпускныхгазов, воздействующих на небольшие лопатки, укрепленные на штоке клапана.Гидравлическая система состоит из поршня насоса, трубки высокого давления ирабочего гидроцилиндра на выпускном клапане. Насос гидропривода клапанаприводится посредством кулачной шайбы распределительного вала.
Предусмотрено воздушное уплотнение направляющей штокавыпускного клапана.Лубрикаторы
Двигатель снабжается как минимум шестью лубрикаторамицилиндровой смазки. Лубрикаторы устанавливаются на переднем конце блокацилиндров.
Лубрикаторы имеют возможность подрегулировки подачимасла. Они выполнены по типу SIGHT FEED Lubricator и снабженыпрозрачной трубкой (дозатором) для каждой точки смазки. Масло поступает влубрикаторы через трубопровод из напорной цистерны, установленной свозвышением.
Будучи отрегулированными, лубрикаторы, в основном,сохраняют подачу масла пропорционально частоте вращения двигателя.
Стандартными для лубрикаторов являются сигнализаторыотсутствия подачи и низкого уровня. Кроме того лубрикаторы оборудованыэлектрообогревом. В качестве альтернативы лубрикатору с подачей масла взависимости от частоты вращения, может быть установлен лубрикатор,обеспечивающий изменение подачи масла в зависимости от частоты вращения исреднего эффективного давления. Система, зависимая от изменения нагрузки (Load Change Dependent), — будетавтоматически увеличивать подачу масла в случае внезапного изменения нагрузкидвигателя, например при маневрах или в условиях волнения моря.
Форсунки, пусковой клапан,предохранительный клапан и индикаторный кран
Каждая крышка цилиндра имеет две форсунки, один пусковойклапан, один предохранительный клапан и один индикаторный кран. Открытиефорсунок производится топливом высокого давления, создаваемого топливныминасосами высокого давления, а закрытие осуществляется пружиной. Автоматическийзолотник обеспечивает циркуляцию топлива между форсункой и трубками высокогодавления и предотвращает заполнение камеры сгорания топливом, в случае заеданияиглы форсунки, при остановленном двигателе.
Топливо от выпускного золотника и других стоковотводится в закрытую систему. Топливныйнасос и топливопроводы высокого давления
Двигатель оборудован индивидуальными топливными насосамивысокого давления (ТНВД) для каждого цилиндра. ТНВД состоит из корпуса насосаиз мелкозернистого чугуна и расположенных центрально втулки и плунжера изазотированной стали. Во избежание смешивания топлива с маслом привод насосаснабжен уплотнительным устройством.
Насос приводится топливным кулачком, а дозировка топливаосуществляется поворотом плунжера зубчатой рейкой, которая связана с механизмомрегулирования.
Регулировка опережения подачи осуществляется установкойпрокладок под насосом.
Топливный насос снабжен перепускным клапаном. Вположении аварийной остановки клапан направляет топливо обратно на всасываниенасоса и таким образом предотвращает открытие топливом форсунок и поступлениеего в цилиндр.
Топливопроводы высокого давления снабжены защитнымкожухом или изготовляются в виде двойных трубок с изоляцией.
Индикаторный привод.
В базовомисполнении двигатель оборудован индикаторным приводом.
Индикаторныйпривод состоит из кулачка, установленного на распределительном валу, иподпружиненного толкателя с роликом, движущегося возвратно-поступательно,соответственно движению поршня в цилиндре двигателя. В верхней части толкательимеет ушко, к которому присоединяется индикаторный шнур после установкииндикатора на индикаторном кране.МеханизмыдвиженияКоленчатыйвал
Коленчатый вал полусоставной. На кормовом концеколенчатый вал имеет фланец для маховика и соединения с промежуточным валом.
На носовом конце коленчатый вал имеет фланец дляустановки дополнительного маховика и/или противовесов для уравновешивания, принеобходимости. Фланец может быть также использован для отбора мощности, если онпредусмотрен. Шатун
Шатун изготовлен из стальной поковки и комплектуетсякрышками подшипников из чугуна для крейцкопфных (головных) и мотылевого подшипников.
Крышки головных и мотылевого подшипников крепятся кшатуну шпильками и гайками, затягиваемыми гидродомкратами.
Головной подшипник состоит из комплекта тонкостенныхстальных вкладышей, залитых антифрикционным сплавом. Крышка крейцкопфногоподшипника цельная с вырезом для поршневого штока.
Мотылевый подшипник имеет тонкостенные стальныевкладыши, залитые антифрикционным сплавом. Смазочное масло подается по каналамв крейцкопфе и шатуне.Поршень,шток поршня и крейцкопф
Поршень состоит из головки поршня и юбки. Головка поршняизготовлена из жаростойкой стали и имеет четыре поршневые канавки,хромированные по верхней и нижней поверхностям. Юбка поршня чугунная.
Шток поршня стальной кованый с поверхностным упрочнениемрабочей поверхности, проходящей через сальник. Шток поршня соединяется скрейцкопфом четырьмя болтами.
Шток поршня имеет центральное сверление, где установленатруба охлаждающего масла, образующая каналы для его подвода и отвода.
Крейцкопфоткован из стали и снабжен башмаками из мелкозернистого чугуна с заливкойрабочих поверхностей белым металлом. Кронштейн на крейцкопфе служит опорой длятелескопической трубы, подающей смазочное и охлаждающее масло к крейцкопфу,поршню и мотылевому подшипнику. Выпускная труба масла для охлаждения поршня крепитсяк противоположному торцу крейцкопфа.
Демпфер продольных колебаний.
Двигатель оборудован демпфером продольных колебаний,который устанавливается на носовом конце коленчатого вала. Демпфер состоит изпоршня и разъемного корпуса, расположенного в нос от переднего рамовогоподшипника. Поршень выполнен в виде цельного гребня на рамовой шейке, а корпусприкреплен к опоре рамового подшипника. Установлено механическое устройство дляпроверки функционирования демпфера.Распределительныйвал и кулачные шайбы
Распределительный вал состоит из ряда секций. Каждаяотдельная секция состоит из участка вала с кулачными шайбами выхлопных клапанови топливных насосов и соединительных частей.
Кулачные шайбы выхлопных клапанов и топливных насосовстальные с закаленной рабочей поверхностью. Они регулируются и демонтируютсягидравлически.Системанаддува
Воздух принимается турбокомпрессорами непосредственно измашинного отделения через глушитель всасывания турбокомпрессоров. Изтурбокомпрессоров воздух направляется через нагнетательный патрубок,холодильники наддувочного воздуха (ХНВ) и ресивер продувочного воздуха кпродувочным окнам втулок цилиндров.
Холодильник наддувочного воздуха(ХНВ).
Двигательоборудован ХНВ моноблочного типа для обычного охлаждения забортной водой рабочимдавлением 2.0-2.5 бар или центрального охлаждения пресной водой рабочимдавлением не более 4.5 бар.
Холодильник воздуха спроектирован таким образом, чтоперепад температур между продувочным воздухом и водой на входе может бытьвыдержан в пределах не более 12 град.С.
Влагоотделительпроточного типа расположен в воздушной камере под холодильником воздуха.
Система выпускных газов.
От выпускных клапанов газы направляются в выпускнойколлектор, где выравниваются пульсации давлений от отдельных цилиндров, далеевесь газ направляется к турбокомпрессору при постоянном давлении. Послетурбокомпрессора газы направляются в газовыпускной трубопровод.
Между выпускными клапанами и коллектором, а также междуколлектором и турбокомпрессором установлены компенсаторы.
Для быстрой разборки и сборки соединений междуколлектором и выпускными клапанами использованы бандажи с зажимами. Выпускнойколлектор и выпускные патрубки изолированы и обшиты оцинкованными стальнымилистами.
Между выпускным коллектором и турбокомпрессором имеетсяпредохранительная решетка.Вспомогательнаявоздуходувка
Двигатель оборудован двумя электровоздуходувками,управляемыми автоматически давлением продувочного воздуха в ресивере.
Всасывающие стороны воздуходувок соединены с патрубком,идущим от ХНВ, и невозвратные клапаны в выходном патрубке от ХНВ закрываются,как только вспомогательная воздуходувка сможет повысить давление продувочноговоздуха.
Система пускового воздуха.
Система пускового воздуха включает главный пусковойклапан, невозвратный клапан, разрывную диафрагму предохранительного клапана натрубопроводе к каждому цилиндру, воздухораспределитель пускового воздуха ипусковые клапаны на каждом цилиндре.
Главный пусковой клапан связан с системой управления,которая управляет пуском двигателя.
Распределитель пускового воздуха регулирует подводуправляющего воздуха к пусковым клапанам так, чтобы пусковой воздух поступал вцилиндры двигателя в соответствии с порядком вспышек.
1.3 Принцип работыдвигателя внутреннего сгорания
Cуществует два основных типа двигателей: двухтактные и четырехтактные. Вдвухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси,выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборотаколенвала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны(как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет поршень, который при своемперемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они болеепросты в конструкции.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра ичастоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счетбольшего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня длярасширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты частивырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощноститолько на 60...70%.
Двигательсостоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установленколенчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень — металлическийстакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными вканавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся присгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршеньснабжен металлическим стержнем — пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатунпередаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательноедвижение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательноедвижение передается на вариатор.
Смазка всехтрущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит спомощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла.Топливная смесь (желтого цвета) попадает и в кривошипную камеру двигателя (этота полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки тамнигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причинемасло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используетсяспециальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокиетемпературы и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.
Принципработы двухтактного ДВС:
1. Такт сжатия. Поршеньперемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень, далееэто положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня(положение поршня, далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное, а затемвыпускное окна. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинаетсясжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной
камере вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрываетпродувочные окна, под поршнем создается разряжение, под действием которого изкарбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесьв кривошипную камеру.
1.1. Такт рабочего хода. Приположении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрическойискрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резковозрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается кНМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно,опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимаятопливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, недавая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем вкарбюратор.
1.2. Когда поршень дойдет до выпускногоокна, оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу,давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открываетпродувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает поканалу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавшихгазов.
1.3. Далеецикл повторяется. Стоит упомянуть о принципе зажигания. Так как топливной смесинужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чемпоршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должнобыть зажигание, потому-то поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ.
1.4 Общая разборкадвигателя внутреннего сгорания
Разборку двигателявыполняют как в судовых, так и в цеховых условиях, объем ее определяется видомремонта. Полную разборку проводят при капитальном ремонте.
Перед разборкой двигателяпроверяют состояние механизма газораспределения, измеряют раскепы коленчатоговала (до разобщения вала двигателя с валопроводом); проверяют после разобщениясоосность коленчатого и упорного валов (либо упорного и первого промежуточноговалов, если упорный соединен вместе с коленчатым), наличие рисок, определяющихмертвые точки (при их отсутствии наносят риски на моховике или фланцеколенчатого вала); измеряют зазоры между роликами толкателей топливных насосови кулачными шайбами, а также в механизме газораспределения.
Укрупненнотехнологическую последовательность разборки главного двигателя можнопредставить в следующем порядке:
1. Во избежаниесамопроизвольного проворачивания двигателя от гребного винта и пусковой системывключают валопоротное устройство, спускают воздух из пусковой системы иоставляют открытыми продувочные и индикаторные краны;
2. Открывают и удаляюткрышки картера и кожухи распределительного вала;
3. Разбирают и снимаюттрубопроводы – топливный, масляный, водяной, воздушный, всасывающий ивыхлопной. Чтобы в трубопроводы не могли попадать грязь и посторонние предметы,в отверстия труб и фланцев ставят деревянные пробки;
4. Восстанавливаютотметки мертвых точек мотылей коленчатого вала;
5. Определяют линейныевеличины камер сжатия и заносят в формуляр доремонтного состояния двигателя;
6. Проверяют правильностьустановки газораспределения всех цилиндров и результаты проверки заносят вформуляр доремонтного состояния двигателя;
7. Разбирают и снимаюттяги и валики привода регулятора, топливных насосов и реверсивного устройства;
8. Разбираютсоединительные валики и снимают стойки с клапанными рычагами и толкателями;
9. Удаляют клапаны ифорсунки рабочих цилиндров;
10. Снимают кожухпередаточных шестерен, отмечают положение шестерен и измеряют зазоры междузубцами; после этого снимают шестерни. Если привод цепной, то после осмотраразбирают его;
12. Разбираютраспределительные и передаточные валы;
13. Снимают масляный ивоздушный холодильники;
14. Отвертывают гайки иснимают цилиндровые крышки;
15. Разбирают и снимаютсистему охлаждения поршней, а также трубопроводы смазки и охлаждения,расположенные в картере двигателя;
16.Отвертывают стяжныеболты и снимают нижние половины мотылевых подшипников;
17. Поочередно ставятмотыли коленчатого вала в верхнюю мертвую точку (ВМТ), ввертывают в головкипоршней рамы или закрепляют скобу в имеющихся нарезных отверстиях и при помощистропов вынимают поршни вместе с шатунами из цилиндров;
18. Разбирают продувочныйнасос;
19. У двигателей, имеющихотдельные рабочие цилиндры, снимают последние (в случае необходимости);
20. Разъединяютколенчатый вал, валопровод и снимают маховики;
21. Если разборкаколенчатого вала в картере затруднена, снимают станину или блок цилиндров (взависимости от конструкции двигателя);
22. Микрометрическимштихмассом или специальным индикатором измеряют раскепы между щекамиколенчатого вала: полученные данные заносят в формуляр доремонтного состояниядвигателя;
23. Вскрывают рамовыеподшипники коленчатого вала и микрометрическим индикатором определяют бойрамовых шеек вала; результаты заносят в формуляр доремонтного состояниядвигателя:
24. Посредствамконтрольной скобы определяют посадку коленчатого вала относительно контрольныхплоскостей фундаментной рамы;
25. Поднимают коленчатыйвал и удаляют нижние вкладыши рамовых подшипников. Коленчатый вал отпускают набрусьях, положенные на контрольные плоскости гнезд рамовых подшипников, имикрометром обмеряют рамовые и мотылевые шейки. Результаты измерений заносят вформуляр доремонтного состояния двигателя;
26. Конечной операциейявляется выпрессовка цилиндровых втулокиз
блоков, если проверкаизмерения показала, что эти втулки необходимо заменить. Выпрессовку проводятпри помощи специального приспособления.
До выпрессовки необходимоудалить из втулок штуцеры для подводки смазки.
В ходе разборкидвигателя, кроме того, выполняют следующие операции:
измеряют зазоры междутрущимися поверхностями деталей и полученные данные заносят в формулярдоремонтного состояния двигателя;
все снятые прокладкиподшипников маркируют и либо сдают с соответствующими бирками на хранение, либовновь зажимают между крышками подшипников;
гайки пересчитывают поколичеству шпилек разобранного соединения, нанизывают на проволоки и связки сприкрепленными бирками сдают на хранение в машинную и цеховую кладовую.
У разобранных деталей,направляемых в цех ремонтного завода, рабочие поверхности тщательно изолируютветошью и деревянными планками.
1.5 Кривошипно-шатунныймеханизм
Кривошипно-шатунный механизм служит для передачи усилий отдавления газов на коленчатый вал. В крейцкопфных двигателях — из поршня, штока,поперечины, ползуна, шатуна и коленчатого вала.
При работе двигателя в кривошипно-шатунном механизмедействует движущая сила Р, являющаяся суммой сил от давления газов, сил веса исил инерции. Движущая сила Рд направлена по оси цилиндра и совпадаетпо направлению с шатуном только при положении поршня в мертвых точках; востальных положениях она раскладывается на две составляющие — силу Рш,направленную по шатуну, и силу Рн, направленную перпендикулярно осицилиндра. Силу Рш воспринимает коленчатый вал, передающий ее настенки цилиндра. В крейцкопфных двигателях ползун передает силу Рн напараллель. Величина Рн зависит от силы давления газов в цилиндре иот площади поршня. В двигателях с диаметром цилиндра 450— 500 мм Рн достигает 120 кН.
Вкрейцкопфных двигателях головной подшипник шатуна и трущаяся пара ползун-параллельвынесены из зоны высоких температур в картер двигателя, где можно обеспечитьнадежную смазку. Трущаяся поверхность ползуна залита антифрикционным сплавом(баббитом). Поэтому при равной величине Рн работа трения у парыползун—параллель меньше, чем у пары поршень — тулка в тронковых двигателях, чтопри прочих равных условиях обеспечивает повышение механического КПД укрейцкопфных двигателей по сравнению с тронковыми на 4 % и большую надежностьработы подшипников.
Шатун двигателя — с отъемными головными и мотылевымподшипниками. Стержень шатуна 28 из углеродистой стали, полый, с жесткойбезвильчатой головкой.
Мотылевые подшипники 35 диаметром 380 мм имеют ширину рабочейповерхности у верхней половины 175 мм. Нижние половины головных подшипниковимеют на рабочих поверхностях продольные и поперечную смазочные канавки.
Полые рамовые 33 и мотылевые 36 шейки из углеродистой сталиимеют одинаковый диаметр и длину. По торцам шейки закрыты крышками 32 наболтах. Рамовые подшипники имеют стальные вкладыши 29, залитые баббитом, скольцевой маслоподводящей канавкой в верхних половинках. Крышки 27 подшипникавыполнены из стального литья. Они крепятся к фундаментной раме шпильками 25. Подачамасла через верхний вкладыш рамовых подшипников к мотылевым и головнымподшипникам показана стрелками.
Коленчатый вал состоит из рамовых и шатунных шеек, щек исоединительных фланцев. Рамовые шейки, щеки и шатунная шейка образуют колено,или кривошип (мотыль), вала (мотыль — старое название, имеющее широкоераспространение). Расстояние от центра рамовой до центра шатунной шейкиназывается радиусом кривошипа. Коленчатый вал — одна из наиболее ответственныхи напряженных деталей. Стоимость коленчатого вала составляет около 15%стоимости двигателя. Моторесурс двигателя обычно зависит от срока службы вала(до проточки или шлифовки его шеек).
К коленчатым валам судовых дизелей предъявляют требованияобеспечения необходимой прочности, жесткости и износоустойчивости.
Валнагружается силами давления газа и силами инерции поступательно движущихся ивращающихся масс и подвергается одновременному действию знакопеременных изгибающихи крутящих моментов. В результате воздействия этих сил и моментов материал вала«работает» на усталость. Усталость металла объясняется возникновением внаиболее слабом месте микроскопической трещины, которая под влияниемзнакопеременной нагрузки растет, уменьшая расчетное сечение и вызывая ростнапряжений. В итоге напряжения превышают предел прочности материала, вызываябыстрое разрушение деталей.
/>
В даннойкурсовой работе рассматривается ремонт вкладыша мотылевого подшипника.
Вкладыш подшипникаизготовлен из баббита БС (ГОСТ 1320-74).
БС – свинцовыйбаббит имеет δв.р не менее 8,6 кГ/мм2 и с δв.ине менее 14,7 кГ/мм2, твердость 20-25 НВ.
Химический состав баббитаприведен в таблице 1.
Таблица – 2. Химическийсостав баббита БС,%Fe Cu Pb Zn Sb Ni Sn Cd до 0.1 0.-1.2 75 0.1-0.3 13-15 0.2-0.6 8-10 0.3-0.6
2. Дефектация
2.1 Цели и задачидефектации
Технологическийпроцесс, который носит название дефектация,служит для оценки технического состояния деталей с последующей их сортировкойна группы годности. В ходе этого процесса производится проверка соответствиядеталей техническим требованиям, изложенным в технических условиях на ремонтили в руководствах по ремонту, при этом применяется сплошной контроль, т. е.контроль каждой детали.
1. Для производствадефектации детали после разборки должны очищаться от грязи, масла и ржавчины, ипротираться насухо.
Соответствующие полости в поверхности деталей очищаются отнакипи, нагара и обезжириваются.
2. Прокладкибумажные, картонные, паранитовые и т.п., войлочные сальники, шплинты истопорные шайбы при разборке дефектацию не проходят и, в дальнейшем,заменяются. Прокладки, толщина и форма которых определяют монтажныехарактеристики узлов двигателя (межосевые расстояния, величины камеры сжатия и т.п.),после демонтажа сохраняются как справочные до конца ремонта двигателя.Красномедные прокладки направляются на отжиг.
3. В процессе дефектации детали посвоему техническому состоянию разделяются на три группы: I) годные; 2)требующие ремонта; 3) негодные.
Принадлежность к той или иной группе,определенная при дефектации, отмечается нанесением на детали меток краской(нитролаком) следующих цветов: красный — негодные детали;
зелёный — детали, требующие ремонта.
Годные детали не окрашиваются.
При отнесении деталей к той или инойгруппеследуетстремиться использовать срок службы деталей наиболее полно, для чего,рассматривая изношенный узел, следует компоновать отдельные малоизношенныедетали с новыми, добиваясь получения соединений близких (по натягам и зазорам) к номинальным.
Приремонтах двигателя, выполняемых в заводских или судовыхусловиях, при определении годности деталей, следуетруководствоваться рекомендациями, приведёнными во временныхнормах зазоров и натягов в узлах двигателя.
Неследует компоновать узлы из новых и изношенных деталей, если наличие в узлеизношенной детали ускорит износ новой (например, оставление в зубчатой передачеизношенных шестерён для работы с новыми шестернями и т.п.)
4.Способы дефектации деталей зависят от характера возможных, (ожидаемых)дефектов, от конструкции проверяемой деталии делятся на три основных вида:
І). Наружный осмотр контролируемой детали (визуальный метод)выявляет внешние дефекты: трещины, вмятины, задиры, обломы и т.д.При визуальном методе контроля применяютсялупы различной кратности, обычно 5-10 кратного увеличения. Выявлению поверхностныхдефектов способствует применение мело — керосиновойпробы. При осмотре, например, баббитовой заливки дополнительноприменяется обстукивание детали медным молотком весом примерно 0,5 кг. Мелкие трещины на термообработанных поверхностяхвыявляются погружением деталей в нагретое до 50-50°С трансформаторноемасло с выдержкой в течение 2-3 часов и последующей обмазкой меловым раствором. Для усиления видимости поверхностныхдефектов применяется цветная проба. Более эффективнаметодом выявления поверхностных дефектов является люминесцентная дефектоскопия,основанная на световом излучений нанесённых наконтролируемую деталь флюоресцирующих под действиемультрафиолетовых лучей составов (люминофоров). Принято считать, что глубинаобнаруженной трещины примерно в десять раз меньшеширины флюоресцирующей полосы.
ІІ). Выявление скрытыхдефектов (посторонние включения, внутренние раковины и т.п.) Скрытые дефектывыявляются:
а) гидравлическимиспытанием. Обнаруженные таким методом дефекты в дальнейшем более точноопределяются способами, указанными ниже. Величины давлений при гидравлическомиспытании приведены в характеристике.
б) магнитнойдефектоскопией, основанной на свойстве ферритового порошка концентрироваться врайонах трещин или раковин, которые искажают магнитное поле, созданное вконтролируемой детали. Этот метод применим прежде всего для обнаружения трещинв коленчатых валах, поршневых кольцах, пружинах, шатунах и т.п.
в) звуковой иультразвуковой дефектоскопией. Определение дефектов по частоте издаваемого приударах по изделию звука применимо для небольших деталей простой конфигурации идаёт большие погрешности. Наиболее эффективным является ультразвуковойконтроль, дающий возможность выявлять внутренние трещины, в том числе и весьмамалые по размерам рыхлоты и пористости, не выходящие на поверхность детали. Кнедостаткам ультразвуковой дефектоскопии относятся: ненадёжность приопределении дефектов, расположенных близко к поверхности детали; трудностьопределения границ дефектов; высокие требования к чистоте поверхностиконтролируемой детали.
Поэтому, для более точнойоценки результатов, полученных при ультразвуковом контроле, рекомендуетсяобнаруженные дефектные зоны контролировать рентгено- и гаммографированием.Дефекты, выходящие на поверхность изделия, следует определять люминесцентнойили магнитной дефектоскопией. Выбор и применение способов контроля в каждомотдельном случае производится в соответствии с заводскими инструкциями.
ІІІ).Определение дефектов, связанных с изменением размеров детали или еёгеометрической формы, производится с помощью различных измерительныхинструментов, приборов и оборудования. Данные по обмеру основных деталей заносятсяв карты обмеров.
В настоящее время в промышленности и вряде отраслей транспорта внедряется прогрессивный метод определениягеометрических параметров деталей двигателя с помощью оптических приборов. Этиприборы позволяют повысить точность измерения до 0,01 мм на 1 м. длинны.
Таким методом определяются: неперпендикулярность осейцилиндров к оси коленчатого вала, несоосность рамы, рамовых шеек коленчатыхвалов и т.п. Проводятся экспериментальные работы по быстрому определениюабсолютной величины износа деталей специальными приборами. Отдельныеорганизации выполняют замеры деталей методом сравнения величин оттисков оопределённых калиброванных углублений, выполненных на новой детали и постепенноизменяющих свои размеры из-за износа поверхности. Разновидностью указанногометода является способ определения величины и скорости износа цилиндровыхвтулок, шеек коленчатого вала и других деталей двигателя методом нарезаниялунок.
Дефектациярезьб крепежа обычного назначения в альбоме не приведена. Оценка годности резьбпроизводится осмотром на отсутствие трещин, погибакрепежа, снятия и срыва резьбы. При смятии и срыве резьбы до 2-х ниток, резьбакалибруется и деталь допускается к монтажу. При срыве или смятии 2-х ниток иболее, крепёж заменяется, а гнёзда подлежат ремонту по принятой на заводетехнологии.
Специальные указания по контролю деталей даны в каждомотдельном случае в соответствующих разделах альбома.
5. Для дефектации и ремонта узлов системы смазки,топливоподачи, воздухораспределения и контрольно измерительных приборов,рекомендуется организация специализированных участков.
6. После окончания дефектации, детали, не подлежащиенемедленному ремонту, следует консервировать и упаковывать.
Техническиетребования на дефектацию деталей разрабатываются заводами-изготовителямиавтомобилей (агрегатов) или научно-исследовательскими организациями, которыеликвидируют неясность и вопросность информации об автомобилях зарубежныхпроизводителей.
Из еерабочего чертежа получают общие сведения о детали, они включают в себя:
· эскиз детали суказанием мест расположения дефектов;
· основные размерыдетали;
· материал итвердость основных поверхностей.
Прирекомендации способов устранения дефектов опираются на богатый опыт,накопленный отечественными и зарубежными ремонтными предприятиями, и нарекомендации по рациональному их выбору. На основе опыта эксплуатации и ремонтаавтомобилей (агрегатов), а также специальных научно-исследовательских работвыявляют возможные дефекты детали.Примечание. Все работы на двигателе, проводимые в судовых условиях, должнывыполняться в соответствии с правилами по технике безопасности для экипажейсудов морского флота. Методы химической очистки деталей должны быть согласованыс охраной труда и органами техники безопасности.
2.2 Техническиетребования на дефектацию и ремонт вкладыша подшипника
Таблица 2 – Размерыи допуски вкладыша подшипника согласно техническим условиям [см. прил.1(рис. 1)]Поверхность на рисунке Зазор с сопрягаемой деталью Размеры и допуски номинальный Пред. допуст. Номинальные Пред.допуст.
Деталь 1. Вкладыш подшипника
Материал: БС
ГОСТ 1320-74 Поз.4 0,14 0,24
190+0,0036
190+0, 24
2.3 Дефекты вкладышаподшипника и причины их возникновения
При установлении неисправностиподшипника следует иметь в виду,что при конструировании двигателя любая дизелестроительная фирмаисходит из основного правила, по которому при возможном возникновении дефектаон должен быть устранен как можно быстрее и с наименьшими трудозатратами, адефект должен проявляться на менее дорогостоящей детали. В отношении подшипниковскольжения это означает, что из строя должен выходить вкладыш подшипника, как болеедешевая деталь, а не корпус подшипника или коленчатый вал. И, следовательно,дефекты вкладыша подшипника в большинстве случаев указывают на наличиекаких-либо неисправностей вдвигателе или нарушении правил его технической эксплуатации, а не на плохое качествосамого вкладыша, и задача эксплуатационника — выявить и устранить эту неисправность,основываясь на характере дефекта вкладыша.
С определенной степенью точности дефекты, возникающие навкладышах подшипника, можно систематизировать, классифицировав их на группы.Разумеется, зачастую на вкладышах присутствуют признаки дефектов различныхгрупп, особенно когда вкладыш проработал уже значительное время. Однако вначальной стадии развития дефекта он проявляется, как правило, в «чистом виде».Можно различить следующие группы:
- износ;
- царапины;
- усталостные повреждения;
- коррозионные повреждения;
- эрозионные повреждения и вымываниеучастков антифрикционного слоя; фреттинг-коррозия и питтинг посадочнойповерхности;
- полное разрушение вкладыша (задир,расплавлении антифрикционногослоя).
Эти дефекты вызываются целым рядом причин, которые такжеможно классифицировать. Ниже приведены различные проявления дефектов и наиболеевероятные причины их возникновения. Однако следует иметь в виду, что этипричины у различных двигателей при различных условиях эксплуатации проявляютсяпо разному и приведенный анализ является приблизительным.
Износ. Под износом понимается результат изнашивания поверхноститрения в процессе эксплуатации (в результате механических воздействий), которыйможно оценить в единицах длины. Однако в данном случае под износом необходимопонимать только такой износ, при котором рабочие поверхности остаются гладкимии не происходит увеличение параметров их шероховатости.
Ранее указывалось, что 90 % заменяемых тонкостенных вкладышейрамовых и мотылевых подшипников СОД имеют износ антифрикционного слоя. Укаждого подшипника двигателя имеются такие определенные участки рабочейповерхности, которые подвержены наиболее сильному изнашиванию, обусловленномуразницей в толщине смазочной пленки. Такие участки считаются зоной основнойнагрузки и расположены на верхнем (опорном) вкладыше подшипника шатуна и нанижнем (опорном) вкладыше рамового подшипника.
В соответствии с требованиями инструкции по эксплуатациивкладыши подшипников с износом никелевого подслоя необходимо заменить. Однакона практике это требование часто не выполняется, и после износа антифрикционногослоя металла и никеля подшипники продолжают эксплуатироваться на среднем слое.При достаточной смазке и хорошей фильтрации и сепарации масла эксплуатацияподшипников на среднем слое из алюминиевого сплава в общем случае не являетсяопасной в отличие от среднего слоя из бронзы. Однако такое состояние вкладышейс гальваническими антифрикционными покрытиями является предельным, и требуетсяих незамедлительная замена.
Как уже указывалось, в подшипниках дизелей, у которых на установившихсярежимах обеспечивается трение при гидродинамической смазке, ресурс деталейопределяется, главным образом, абразивным изнашиванием шеек коленчатого вала иповерхности трения вкладышей.
Царапины являются одним из наиболее частовстречающихся повреждений поверхности трения вкладышей и располагаются внаправлении враще- ния вала. В подавляющем большинстве случаев причиной ихобразования является загрязненное масло. В зависимости отразмера и твердости частиц абразива их влияние на подшипник различно. Частицы сразмерами, меньшими, чем расстояние между поверхностями трения, и твердостью,меньшей, чем твердость металла вкладыша, потоком масла проносятся через зазор ине оказывают заметного воздействия на вкладыш. Втом случае, если размер абразивных частиц больше расстояния между поверхностями трения итвердость их равна или больше твердости подшипникового материала, эти частицыпродвигаются по зазору в направлении вращения вала, попеременно закрепляясь тона одной, то на другой поверхности. В зависимости от глубины внедрения частицы происходит либо пластическоепередеформирование поверхности с последующим отделением деформированногообъема, либо микрорезание. В свою очередь, глубина внедрениязависит от расстояния между поверхностями трения. Для каждой точки поверхностейвала и вкладыша изменение расстояния между поверхностями различно и определяется характером движения вала в подшипнике.
Хрупкие частицы обычно не образуют царапин, а оставляюттолько следы внедрения.
Царапины могут образоваться также от воздействия шейки вала сповышенной величиной шероховатости. Так, например, при попадании воды в маслопри длительной стоянке двигателя может возникнуть коррозионное повреждениешейки в виде язвин с острыми кромками, которые затем могут стать причинойобразования царапин.
Усталостныеразрушения. Подусталостным разрушением антифрикционного слоя вкладыша понимается возникновениев нем трещин под воздействием длительных механических циклически действующихнагрузок. Хотя природа возникновения трещин различна и разнообразны причины, ихвызывающие, характер трещин, в общем, одинаков при всех причинах. Первоначальноотдельные мелкие, хаотично расположенные трещины (рис. 1.9а) при сохраненииусловий, их вызывающих, увеличиваются в количестве и протяженности, образуясетку на поверхности вкладыша. По этой ассоциации это повреждение в зарубежнойлитературе называют эффектом «булыжника» (рис. 1.96). При дальнейшемразвитии происходит выкрашивание отдельных отставших кусочков металла (рис.1.9в), эрозионное расширение трещин и на поверхности образуются каналы (рис.1.9г), напоминающие следы жука- короеда на поверхности дерева (эффект«короеда»). Небольшое количество трещин в зоне нагрузки вкладыша не опасно иподшипник можно продолжать эксплуатировать. Если же образовался «булыжник» илитем более «короед», вкладыш необходимо заменить. Причинами возникновенияусталостных повреждений следует считать циклическое изменение напряжений вантифрикционном слое в процессе работы двигателя. Развитие усталостныхповреждений ускоряется вследствие Деформации деталей узла, наличия отклонений вего геометрии и других факторов. При анализе напряженного состоянияантифрикционного слоя можно выделить три составляющие напряжений: сжимающиестатические напряжения, возникающие при установке и затяжке вкладыша в корпус;статические термические напряжения от перепада температур вкладыша по толщине иразности коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и вкладыша;динамические напряжения, определяемые переменными силами, действующими наподшипник./> />
в) г)
Рис. 1.9. Стадии усталостногоразрушения подшипникового материала
Статическая составляющаянапряжений зависит от параметров посадки сопряжения «вкладыш — корпус». Вовремя работы двигателя под действием переменных сил происходит изгиб корпуса иподшипника, приводящий к циклическому изменению напряжений сжатия наповерхности трения вкладыша. О величине и характере изменения напряжений вовремя работы дизеля можно судить по представленным результатам измерениянапряжений на посадочной поверхности шестого рамового стале-алюминиевоговкладыша подшипника нижнего коленчатого вала дизеля 1 ОД 100 с помощьюдатчиков, измеряющих напряжения в окружном направлении и вдоль образующейвкладыша.
На зарождение усталостных трещин могут влиять дефектымикроструктуры или микротрещины, возникающие в районе максимальных напряженийпри нарушении режима трения при жидкостной смазке, например, при пуске или остановкедизеля.
Наиболее часто трещинывозникают в баббитах, которые характеризуются наименьшим пределом выносливостисреди антифрикционных материалов. 11оскольку появление усталостных трещинобусловливается свойствами материала и нагрузкой, действующей на него, топредотвратить их возникновение или снизить скорость их распространения вусловиях судна можно лишь снижением нагрузки на подшипник, т. е. снижением мощностидвигателя, что весьма нерентабельно.
Для усталостной прочности вкладышей с антифрикционным слоембаббита большое значение имеет его толщина. Наиболее высокая усталостнаяпрочность реализуется у слоев толщиной в несколько сотых миллиметра. Принанесении тонкого слоя баббита на прочный металл он чаще выходит из строя поизносу, чем из-за усталостных повреждений. С увеличением толщины баббитовогослоя более 0,1 мм происходит образование усталостных трещин и выкрашивание ужечерез 8-10 тыс. ч.
В том случае, когда на вкладыше имеется мягкое приработочноепокрытие значительной толщины 0,04-0,06 мм, может происходить усталостное изнашиваниеэтого покрытия.
На практике встречаются также выкрашивание и отслаиваниегальванического слоя у многослойных вкладышей. Для определения истинных причинэтого дефекта необходимо произвести металлографические исследования, так какпричиной могут быть и усталостные разрушения, и образование медно-оловянныхкристаллов из-за диффузии олова из гальванического слоя в бронзу, которыеснижают прочность сцепления гальванического слоя с бронзой. С повышениемтемпературы вкладыша скорость диффузии значительно возрастает. Для еепредотвращения у большинства вкладышей между слоем бронзы и свинцово-оловяннымсплавом наносится тонкий слой никеля (барьерный). Однако при высокихтемпературах запирающие свойства никелевого слоя снижаются и возможна диффузияметаллов в зоне соединения, которая затем станет причиной отслоениягальванического слоя. Вкладыши подшипников с подобным дефектом должны бытьзаменены.
Коррозионныеповреждения.Свинцовистые бронзы и баббиты подвержены химической коррозии. Коррозионныеповреждения вызываются наличием в смазочном масле кислот, щелочей, воды исолей. Характер развития коррозионных разрушений у баббита и бронзы отличен.Окисление и вымывание свинца из баббита превращает структуру его поверхностногослоя в рыхлую и пористую. Резко снижается несущая способность подшипника ивозрастает износ. Поверхностный слой корродированного баббита легко снимаетсяногтем пальца. При коррозионном разрушении бронзы окисленный свинец вымываетсяи остаются кристаллы меди. Структура становится похожей на ту, которая получаетсяпри усталостном разрушении вкладыша, и отличить одно явление от другого безспециальных металлографических исследований практически невозможно.
Трехслойные вкладыши с гальваническим антифрикционным слоемзащищены от коррозии добавлением олова или индия в сплав. При нормальныхусловиях они крайне редко подвергаются коррозионным разрушениям. Но еслитемпература масла высока, то гальванический слой может разрушиться вследствиекоррозии. Темные пятна по краям зоны износа, где температура наиболее высока, — это проявление коррозионного изнашивания. Поверхность этих пятенхарактеризуется повышенной шероховатостью или пористостью, которая снимаетсяблагодаря изнашиванию, и в результате появляется блестящий слой. В этом случаебудет наблюдаться, на первый взгляд, обычный повышенный износ, хотяпервопричиной являются коррозионные повреждения. В случае применения тяжелоговысокосернистого топлива вероятность коррозионного изнашивания значительновозрастает.
На основаниивышесказанного следует, что для избежания коррозионных поврежденийнеобходим постоянный и тщательный контроль масла.
Гидроэрозионные,гидроабразивные и кавитационные повреждения довольно часто наблюдаются увкладышей подшипников. Гидроэрозионные и гидроабразивные повреждения образуютсяиз-за высокой скорости масла и наличия в нем мельчайших твердых частиц, которыевполне свободно проходят с потоком масла через диаметральный зазор подшипника.Эти частицы, обладая большой энергией, ударяются о поверхность трения (в местахизменения направления движения масла), выкрашивают (откалывают) частицы металлаэтого слоя. Возникновению и развитию эрозии способствует корро- зия,ослабляющая поверхность антифрикционного слоя и делающая ее структуры рыхлой.Коррозия и эрозия зачастую воздействуют одновременно, взаимно дополняя истимулируя друг друга.
Явление кавитации связано с возникновением и развитием вжидкости паро- или газовоздушных пузырьков. В подшипнике скольжения насыщениеслоя смазки происходит в результате особенностей течения масла в зазоре подшипника,приводящих к появлению в жидкости зон неустойчивого течения; попадания в масловоды и создания газо-водомасляных эмульсий при обтекании им различныхпрепятствий; захватывания воздуха и пузырьков масла извне в процессе вращения вала.
В зоне повышенных давлений пузырьки, содержащиеся в смазке,захлопываются. Скорость движения потока жидкости при захлопывании пузырьковдостигает 30 м/с. При захлопывании пузырьков выделяется энергия, которая ведетк разрушению материала поверхностного слоя, а при определенной величине этихразрушений — к отказу вкладыша.
Попадание в масло воды ведет к снижению его вязкости изначительному увеличению скорости кавитационного изнашивания, что влечет засобой рост зазоров в подшипнике за счет износа сопряженных поверхностей шейки ивкладыша вследствие увеличения шероховатости, вызванной кавитационным изнашиванием.
Эрозионное и кавитационное изнашивание часто возникаютсовместно, и поэтому бывает трудно определить, какой из процессов привел кразрушению поверхности вкладыша подшипника.
Фреттинг-коррозия ипиттинг. Если двеметаллические поверхности прижаты одна к другой и одновременно имеютнезначительное взаимное перемещение, то в их материале возникаютзнакопеременные напряжения сдвига (в дополнение к напряжениям сжатия), и придостижении ими предельных значений происходит перенос частиц более мягкогометалла с одной поверхности на другую — более твердую. Изнашивание вследствиефреттинг-коррозии посадочных поверхностей происходит при ослаблении или недостаточнойзатяжке болтов, пластических деформаций поверхностей разъема вкладышей и другихнарушений их посадки. Главным следствием этого процесса является ослаблениепосадки и проворачивание вкладыша, что, в свою очередь, влечет за собой задиршейки вала, полностью нарушает подачу смазки к поршню с последующим задиромпоршня и втулки цилиндра.
Явление питтинга подобно фреттинг-коррозии. В этом случае двеповерхности находятся под воздействием переменной нагрузки сжатия, например,под воздействием вибрации. При питтинге на посадочной поверхности появляютсяоспины из-за отделения материала.
Фреттинг-коррозия и питтинг в подшипниках скольжения могутвозникать как в результате ошибок монтажа, дефекта вкладышей, так и врезультате недостатков всей конструкции подшипника.
Слой свинцово-оловянного сплава или олова, нанесенного наповерхности вкладыша для предохранения от коррозии при хранении, оказываетодновременно благоприятное влияние на уменьшение фреттинг-коррозии.
Расплавление вкладышей подшипников. В тяжелонагруженных подшипниках ВОДи СОД возникновение режима трения при граничной смазке вызывает перегрев,схватывание, заедание и расплавление антифрикционного слоя. Расплавлениеподшипниковых сплавов вкладышей подшипников при их перегреве приводит кповреждениям шеек коленчатых валов. Контакт расплавленных баббитов и бронз состальными деталями в напряженном состоянии приводит к образованию трещин инадрывов, становящихся очагами усталостного разрушения. Если расплавленныйметалл смачивает сталь, то он проникает в раскрытые под действием растягивающихнапряжений микротрещины поверхности стальной детали и, адсорбируясь на стенкахтрещины, уменьшает поверхностную энергию основного материала и, тем самым,снижает его прочность. Из практики эксплуатации известны случаи поломок изадиров шеек коленчатых валов в результате расплавления антифрикционного слояпри нарушении режима смазки подшипника. Существенное влияние на образованиетаких дефектов имеет высокотемпературный нагрев поверхностного слоя металлавала и связанное с этим снижение пределов текучести и прочности.
Наиболеехарактерные причины повреждения вкладышей. Причины, приводящие к повреждениям вкладышей,различны. В принципе их можно разделить напричины, определяемые условиями работы подшипника, и причины не зависящие отэтих условий. К причинам, зависящим от условий работы подшипникового узла, можно отнестинеправильно выбранный запас несушей способности подшипника, неправильнопринятые макро- и микрогеометрические соотношения вподшипниковом узле, отсутствие или неверный выбор противовесов, неоптимальные зазоры,неправильно подобранная пара трения «вал — антифрикционный материал»,неверный выбор места подвода смазки, сорта смазки и др.
3. Ремонт и восстановление вкладыша
3.1 Выбор материала для антифрикционного слоя вкладышей подшипников
Выбор материалов для парытрения является одним из наиболее сложных вопросов, как при проектированиидвигателя, так и при его ремонте. Материалы должны обеспечить надежностьподшипникового узла двигателя на установленный срок эксплуатации. Долговечностьработы подшипникового узла обеспечивается, прежде всего, износостойкостью егосоставляющих деталей, т. к. при износе деталей изменяются их геометрия и зазорыи, как следствие этого, гидродинамические характеристики. Изменение этих характеристикможет привести к образованию неблагоприятных режимов трения и повреждениюповерхностей трения вкладышей и шеек валов из-за задира или усталостного выкрашиванияантифрикционного слоя.
Для обеспечения сопротивляемости пластической деформации иусталостным разрушениям, антифрикционный материал должен обладать высокой прочностьюи твердостью. Однако такой материал будет обладать пониженной прирабатываемостьюи задиростойкостью и будет быстрее изнашивать сопряженные шейки коленчатых валов,чем мягкие пластичные материалы типа баббитов. В связи с этим задача выбораматериалов пары сводится к нахождению оптимального сочетания основных свойств,обеспечивающих надежную работу дизеля. Кроме того, нужно принимать во вниманиеи экономические показатели.
Перечисленные триботехнические свойства проявляются вкомплексе и выбираются в зависимости от условий работы двигателя.Дизелестроитель, в отличие от судоремонтника, имеет возможность максимальноучесть все факторы, влияющие на работу подшипника, и в соответствии с нимисоздать оптимальную конструкцию подшипника.
Однако и у судоремонтника имеется некоторая возможностьвыбора, а именно, выбор композиции материалов и способа нанесенияантифрикционного и приработочного слоев. При принятии решения должны учитыватьтакие критерии, как условия работы двигателя, цена вкладыша, технологичностьобслуживания и надежность.
Рост скоростей скольжения шеек коленчатых валов и удельныхнагрузок на вкладыши подшипников ставит проблему повышения их надежности, что,в свою очередь, приводит к необходимости постоянно разрабатывать и применятьновые антифрикционные материалы повышенной прочности.
Антифрикционный материал должен обладать следующими основнымисвойствами: достаточная статическая и усталостная прочность при повышенныхтемпературах; способность образовывать прочный граничный слой смазочногоматериала и быстро восстанавливать его в местах, где он разрушен; совместимостьс материалом шейки вала для определенных марок масла; низкий коэффициент тренияпри граничной смазке (не более 0,04-0,06); отсутствие заедания в случаеперерыва в подаче масла; высокие теплопроводность, теплоемкость, прирабатываемость; высокаяизносостойкость сопряжения'коррозионная стойкость в сернистых соединениях; недефицитность материала и технологичность.
Подшипниковых материалов, удовлетворяющих всемэтим требованиям, фактическинет. Так, прочность оловянных баббитов резко снижается с повышением температуры, что ограничиваетих применение при тяжелых условиях работы; прирабатываемость антифрикционныхбронз неудовлетворительна. Каждый из подшипниковых материалов обладаетопределенными ан- тифрикционными свойствами при определенных режимах трения.
Область применения различных антифрикционныхматериалов для режимажидкостного трения определяется величиной динамических нагрузок и усталостной прочностью металла вподшипнике. Усталостное изнашивание антифрикционного слоя происходит вподшипниках, подвергавшихся длительномунагружению переменными по направлению и величине усилиями. Принципиально для этогодостаточно переменности одного из факторов. Наличие жидкостной смазки не служит помехойпроцессу. Усталостные трещины берут начало на поверхности трения и входят,сужаясь, вглубь слоя.Развиваясь по длине, мелкие трещины образуют сетку на отдельных ограниченных илибольших участках поверхности. Раскрытие трещин происходит под действием пульсирующегодавления смазочного масла. На болеепозднейфазе трещина, достигнув основания антифрикционного слоя, изменяет свое направление,распространяясь по стыку между слоем и основанием, в результате отдельные участкиповерхностного слоя обособляются от остальногослоя, а затем выкрашиваются. Большую роль в отделении частиц играет смазочный материал,который, проникнув в трещину, как бы подрывает металл над ней. Иногда трещина не доходит достыка и продвигаетсявблизи поверхностного слоя и параллельно ему. Выкрашивание крупных кусков слоя может сопровождатьсяповерхностными язвинами. Однако следует иметь в виду, что трещины в антифрикционном слое под. шинников не развиваютсятак быстро, как в силовых конструкциях. Появление трещин и даже участковвыкрашивания позволяет эксплуатировать вкладыши подшипники длительное время безсущественного ухудшения их работоспособности.
Большинство конструкций вкладышей подшипников разрабатывалидля использования СОД в основном на легком топливе, поэтому вкладыши, поступающиена восстановление, имеют бронзовый средний слой, на который можно наноситьалюминиевые сплавы напылением. При работе на тяжелом топливе подшипникиподвергаются более интенсивному абразивному изнашиванию.
3.2 Выбор способа нанесения антифрикционного слоя на вкладыши подшипников
В условиях ремонтногопроизводства в настоящее время восстановление и изготовление вкладышей подшипниковдля судовых ВОД практически не производитсявследствие высоких требований, предъявляемых к их надежности и отсутствиясовременных технологий и оборудования на предприятиях.
Ниже приведен краткий обзор методов, применявшихся иликоторые могут найти применение при восстановлении вкладышей.
Плазменный способ нанесения антифрикционныхпокрытий на вкладыши при их изготовлении и восстановлении является наиболееперспективным благодаряуниверсальности, возможности полной автоматизации процесса и минимальному загрязнениюэкологической среды. Причем усталостная прочность напыленных алюминиевых сплавов и баббитов выше, чем литых,а коэффициенттрения ниже.
Известно, что напыленные материалы обладают более высокимитриботехническимисвойствами и пределом выносливости по сравнению с литыми. Поэтому в последнеевремя технологии напыления антифрикционного слоя все чаще применяются приизготовлении подшипников. Для нанесенияпокрытий применяют как различное оборудование, так и большую номенклатуру антифрикционныхматериалов.
Таким образом, применениеметода плазменного напыления и использование порошков на алюминиевой основе ибаббита БС позволяет в условиях судоремонтного производства создать специализированныеучастки по изготовлению и восстановлению вкладышей подшипников СОД и МОД,обеспечивая при этом их высокую надежность.
3.3 Техническиетребования к обработке и размеры вкладышей
К механической обработке вкладышей предъявляются следующиетребования:
1. разностенность толщины вкладыша должнабыть не более 0,01 мм;
2. прилеганиенаружной цилиндрической поверхности вкладыша к поверхности контрольногоприспособления должно быть равномерным и составлять не менее 85 % по краске;
3. контроль величинывыступания вкладыша проводится в специальном приспособлении (величинавыступания вкладыша должна быть не менее рекомендованнойзаводом-изготовителем);
4. прилегание поверхностей стыков кповерхности контрольной плиты должно быть равномерньм и составлять не менее 75% площади каждой поверхности по краске;
5. проверку размеров вкладышанеобходимо производить при температуре окружающего воздуха 20±5 °С. Допускаетсяпроверка при других температурах с соответствующим пересчетом размеров.
3.4 Технологический процесс восстановления и изготовления вкладышейподшипников плазменным напылением
Маршрутная картаприведена в таблице 3 (см. прил.2).
Технологический процессвосстановления и изготовления вкладышей подшипников плазменным напылениемосуществляется в следующей последовательности.
1. Мойку и обезжириваниевкладышей и заготовок производят с помощью моющих средств или органическихрастворителей.
2. Вкладыши, бывшие вэксплуатации, подвергают дефектации с целью определения целесообразности их восстановления.
3. Протачивают внутреннююповерхность вкладыша до «чистого» металла.
4. Для увеличения прочностисцепления покрытия с основой производят струйно-абразивную обработку напыляемойповерхности вкладышей. Режим обработки: давление воздуха 0,4–0,5 МПа (4–5 атм),диаметр сопла 5–7мм, расстояние от среза сопла до поверхности вкладыша
50–100 мм, угол наклонасопла к обрабатываемой поверхности детали
60–90°, время обработки 30–40с. Для струйно-абразивной обработки используется электрокорунд марок 12А, 15Азернистостью 1,0–1,5 мм.
5. Для нанесения покрытияиспользуется плазменная установка
УН-120 с источникомАПР-404 и плазмотроном С2В3, блок порошковых дозаторов бункерно-тарельчатого ивибрационного типов. Напыление вкладышей производят в специальном приспособлении,устанавливаемом в патроне токарного станка.
6. Производится предварительнаямеханическая обработка напыленного покрытия до «чистого» металла и определяетсятолщина покрытия.
7. Производится ультразвуковойконтроль для определения качества соединения покрытия с основой.
8. Окончательнаямеханическая обработка.
9. Термическая обработкапроводится после окончательной механической обработки с целью предотвращения коррозийногоразрушения напыленного покрытия при попадании на него влаги.
10. Для получения приработочногопокрытия на рабочей поверхности
вкладышей наносится слой баббита БСили свинца толщиной 1–2 мкм методом ионно-плазменного напыления на установкеННВ-6.6-И1.
11. Контроль: визуальныйконтроль с помощью лупы на наличие трещин, капель металла, различия в цвете,указывающего на частичный местный перегрев. Вышеперечисленные дефекты недопускаются. Качество напыленного покрытия также определяется наличием адгезии,проверяемой ультразвуковым способом и выборочным разгибанием вкладышей.
4. Требованиябезопасности
4.1.Производственное оборудование должно соответствовать требованиям ГОСТ12.2.003-74 и иметь сигнально-предупредительную окраску и знаки безопасности всоответствии с ГОСТ 12.4.026—76.
4.2.Качество оборудования, оснастки и приспособлений должно соответствоватьпоказателям ГОСТ 16035—70 и ГОСТ 16045—70.
4.3.К выполнению работ, допускаются рабочие, прошедшие обучение по соответствующемупрофилю, медицинское освидетельствование и инструктаж по технике безопасности.
4.4.При организации и выполнении работ по обкатке валов следует руководствоватьсятребованиями «Общих правил техники безопасности и производственной санитариидля предприятий машиностроения», а также «Правил техники безопасности ипроизводственной санитарии при холодной обработке металлов».
4.5.Грузоподъемные операции должны выполняться в соответствии с требованиями«Правил устройств и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов»,утвержденных Госгортехнадзором РФ.
4.6.В рабочей технологической документации на обкатку валов должны быть указаныконкретные основные и вспомогательные приспособления и инструмент, защитные итранспортные устройства и способы, обеспечивающие безопасное ведение работ.
4.7.Требования безопасности разработаны по ГОСТ 1.26—77.
Заключение
Рассмотренныйметод восстановления обеспечивает требуемые параметры качества поверхности.Повышается поверхностная твердость, в поверхностных слоях образуются остаточныенапряжения сжатия, благоприятно изменяется микрогеометрия поверхности. Врезультате повышается усталостная и контактная прочность, износостойкость исопротивление коррозии, гидроплотность и маслоудерживающая способность.
Список используемойлитературы
1. Арон А.В.«Справочное пособие по проектированию машин» Владивосток: Дальрубтуз-1999г. — 200 с.
2. Балякин О.К.,Седых В.И., Тарасов В.В. «Технология судоремонта»- М: Транспорт 1992г. 254с.
3. Блинов И.С.«Справочник технолога механосборочного цеха судоремонтного завода» — М.Транспорт 1979 г. 704 с.
4. ВладимирскийА.Л., Збарский М.Л., Финкель Г.Н. «Доковый ремонт морских судов» — М.:Транспорт, 1984г. 207с.
5. Хмелевская В.Б.,Леонтьев Л.Б. «Повышение надежности судового оборудования технологическимиметодами». В 3т. Т3. Восстановление и упрочнение деталей. – Владивосток: МГУ;Дальнаука, 2005. 356с.
6. Леонтьев Л.Б.«Учебное пособие» — Владивосток:
ИПК МГУим. адм. Г.И. Невельского-2008г. — 121 с.