Ремонт цилиндровых втулок, коленчатых валов, подшипников скольжения

 

Ремонт цилиндровых втулок

Цилиндровые втулки малооборотных (МОД) и высокооборотных (ВОД) отличаются друг от друга не только материалами, из которых их изготавливают, но в ряде случаев и конструктивным исполнением. Эти различия обусловливают особенности изнашивания цилиндровых втулок указанных дизелей и развития ведущих износов.

Наиболее характерными износами цилиндровых втулок являются искажения геометрической формы и размеров баз (внутренней рабочей поверхности, наружных посадочных поясков и т.д.), коррозионно-эрозионные разрушения наружных поверхностей, омываемых охлаждающей водой. Коррозионные разрушения помимо снижения механической прочности могут привести к нарушению сплошности металла и герметичности рабочего пространства цилиндров.

Образование коррозионно-эрозионных разрушений наружных поверхностей втулок цилиндров объясняется кавитационными явлениями, происходящими на этих поверхностях под действием вибрации стенки цилиндровой втулки. Втулки ВОД изготавливают из легированных сталей марок 35ХМЮ и 38ХМЮА более тонкостенными. Они намного чувствительнее к вибрациям и, следовательно, к интенсивному кавитационному изнашиванию преимущественно наружной поверхности.

Внутренняя рабочая поверхность втулок ВОД имеет высокую поверхностную твердость (НV 700–900). Благодаря азотированию износы этих поверхностей невелики. Наоборот, цилиндровые втулки МОД, изготавливаемые из серых чугунов, как правило, более толстостенные и устойчивые к действию вибрационных явлений. Несмотря на это, на наружных поверхностях таких втулок также имеются коррозионные разрушения. Скорость язвенной коррозии поверхностей, омываемых охлаждающей водой, и посадочных поясков не превышает скоростей изнашивания внутренних поверхностей втулок МОД. Поэтому чаще всего в качестве ведущего износа для таких втулок цилиндров принимают износ внутренней рабочей поверхности (овалообразование и увеличение диаметральных размеров).

Обнаружение и оценку коррозионных разрушений цилиндровых втулок производят визуально, а в ряде случаев гидравлическими испытаниями. При этом любые отпотевания или течь являются браковочными признаками.

Искажения геометрической формы и размеров внутренней поверхности определяют микрометрическими измерениями. По существующей методике оценки технического состояния ЦПГ дизелей в эксплуатации и при ремонте эти измерения производят в двух поясах (рис. 14.1). Первый из этих поясов I–I находится между двумя верхними компрессионными кольцами при условном положении поршня в верхней мертвой точке (в.м.т.), а второй II–II на 15–20 мм выше донышка поршня при положении кривошипно-шатунного механизма в нижней мертвой точке (н.м.т.).

Рисунок 14.1 - Схема дефектации цилиндровых втулок

 

В каждом из этих поясов измерения выполняют в двух взаимно перпендикулярных направлениях а–а и б–б. В результате таких измерений рассчитывают фактическую овальность, которую и сравнивают с допускаемым значением по техническим условиям на ремонт. Аналогично оценивают возможность для дальнейшего использования втулки по увеличению диаметральных размеров внутренней поверхности.

Ремонт цилиндровых втулок МОД наиболее часто сводят к замене их новыми. В тех же случаях, когда прибегают к восстановлению работоспособности втулок, бывших в эксплуатации, то из известных методов восстановления выбирают ремонт механической обработкой по системе ремонтных размеров или наращивание металла напылением наружных (посадочных) поясков и железнением внутренней поверхности с последующей механической обработкой.

Ремонт втулок механической обработкой по системе ремонтных размеров является пригодным для восстановления как внутренней, так и наружной поверхностей, потому что для большинства марок серийных дизелей, устанавливаемых на судах речного транспорта, разработана и действует система ремонтных размеров.

Технологический процесс восстановления внутренней поверхности включает в себя растачивание и обязательное хонингование для обеспечения заданной точности по размерам, их предельным отклонениям, а также по форме этой поверхности в продольном и поперечном сечениях.

Восстановление работоспособности втулок гальваническим наращиванием электролитическим железом (железнением) широко применяют для ремонта цилиндровых втулок небольших габаритов, как например, в автомобильной и тракторной промышленности.

Цилиндровые втулки ВОД при достижении предельных износов не ремонтируют и всегда заменяют новыми. Объясняется это тем, что азотированный слой внутренней поверхности втулки составляет 0,4–0,8 мм и микротвердость в нем гиперболически падает по глубине.

 

Ремонт коленчатых валов

 

Коленчатые валы являются наиболее ответственными деталями дизелей. Их техническим состоянием определяется срок службы сборочной единицы «коленчатый вал – подшипники» и ресурс дизеля в целом. По установившимся системам ремонта дизель направляют в КР тогда, когда коленчатые валы по износам достигают предельного состояния.

При анализе технического состояния коленчатых валов выделяют следующие наиболее характерные износы и повреждения:

· уменьшение первоначальных геометрических размеров, искажения форм коренных и шатунных шеек, а также нарушение взаимного расположения баз, которое выражается в появлении больших значений радиальных биений коренных шеек и т.п.; образование микрорельефа коренных и шатунных шеек с параметрами шероховатости больше допустимых; чрезмерные остаточные прогибы;

· повреждения отдельных элементов коленчатых валов в виде макро- и микротрещин.

При анализе износов, дефектации и выборе методов ремонта ориентируются на конструктивно-технологические особенности коленчатых валов высокооборотных и малооборотных дизелей.

Коленчатые валы высокооборотных дизелей, как правило, имеют меньшие габаритные размеры и отличаются тем, что для повышения износостойкости коренных и шатунных шеек предусматривают при их изготовлении поверхностное упрочнение термической (поверхностной закалкой) или химико-термической обработкой.

Из химико-термических процессов для повышения износостойкости коленчатых валов наибольшее применение получило азотирование коренных и шатунных шеек. В результате термически или химикотермически обработанные валы, благодаря повышенной твердости шеек до НRС 45–56, имеют незначительные износы к моменту поступления дизелей в ремонт.

С другой стороны, коленчатые валы с поверхностной закалкой коренных и шатунных шеек оказываются более чувствительными к температурным изменениям в эксплуатации и, естественно, более склонными к трещинообразованию.

Такая склонность к трещинообразованию вынуждает особенно строго подходить к назначению режимов резания при шлифовании коренных и шатунных шеек. Ограничения по режимам резания нужны для снижения вероятности образования шлифовочных трещин и прижогов. Известно, что шлифование отличается большим тепловыделением и при форсированных режимах резания возможно появление таких трещин и прижогов. Прижоги всегда для ответственных деталей не только нежелательны, но и относятся к браковочным признакам.

Коленчатые валы малооборотных дизелей изготавливают с коренными и шатунными шейками без термической обработки. Эти валы имеют большие износы.

При дефектации коленчатых валов, принципиально мало отличающихся для валов высокооборотных и малооборотных дизелей, геометрические изменения размеров выявляют микрометрическими измерениями. Отклонения от круглости коренных и шатунных шеек (рис. 14.2) определяют в средних сечениях по длине шеек измерениями микрометром с точностью 0,01 мм этих шеек в двух взаимно перпендикулярных направлениях I–I и II–II, одинаково ориентированных для всех кривошипов. Фактические значения некруглости как разность размеров в указанных направлениях сравнивают с предельно допустимыми, которые для большинства коленчатых валов составляют 0,02–0,03 мм.

Отклонения от цилиндричности контролируют реже из-за малой длины коренных и шатунных шеек.

Рисунок 14.2 -. Схема измерений некруглости шеек коленчатых валов

 

Радиальное биение коренных шеек при изготовлении и дефектации коленчатых валов регламентируют и измеряют в виде двух значений: предельных биений соседних шеек (обычно не более 0,02 мм) и биений любых произвольных шеек в пределах всего вала до 0,05 мм. Схемы проверки радиальных биений коренных шеек установлены стандартами (рис 14.3). По этим схемам коленчатые валы с шестью кривошипами базируют при проверках на двух постоянных призматических опорах крайними шейками и одной регулируемой, всегда подводимой под четвертую шейку. Контролируют радиальное биение индикаторами часового типа с точностью 0,01 мм.

Рисунок 14.3 - Схема измерения радиального биения коренных шеек коленчатых валов

 

 

Макро- и микротрещины на поверхности шеек и щеках коленчатых валов обнаруживают соответственно визуальным осмотром или методами неразрушающего контроля. Микротрещины выявляют на поверхности и в подповерхностных слоях магнитопорошковыми или токовихревыми дефектоскопами.

Геометрические формы азотированных коренных и шатунных шеек коленчатых валов восстанавливают механической обработкой «на годность» путем полирования, при которой добиваются одновременно и повышения параметров микрорельефа рабочих поверхностей шеек. Такой ремонт обусловлен тем, что

1) износы коренных и шатунных шеек невелики;

2) шлифование, в отличие от полирования, сопровождается всегда образованием в поверхностном слое обрабатываемых деталей больших растягивающих напряжений, которые отрицательно влияют на усталостную прочность металла при его знакопеременных нагружениях;

3) твердость азотированного слоя по глубине гиперболически снижается, и, следовательно, удаление даже небольших припусков механическим путем приведет к заметному снижению износостойкости валов.

Коленчатые валы с шейками, упрочненными поверхностной закалкой ТВЧ, имеют большую глубину упрочненного слоя. По этой причине в случае необходимости их ремонтируют по системе ремонтных размеров. Иногда такие коленчатые валы шлифуют для удаления неглубоких поверхностных трещин.

Для ремонта коленчатых валов наращиванием металла применяют железнение, хромирование и плазменное напыление.

Очевидно, что по конструктивным соображениям гальванические процессы (железнение, хромирование) в стационарных ваннах являются неприемлемыми. По этой причине используют локальные ячейки с проточным электролитом.

В частности, при хромировании шеек коленчатых валов в проточном электролите наиболее целесообразные режимы и параметры процесса рекомендуются следующие: температура электролиза 325 К, катодная и анодная плотность тока 8 кА/м², скорость протока электролита до 0,8 м/с.

Для повышения предела выносливости металла предусматривают предварительное пластическое деформирование восстанавливаемой поверхности, использование реверсивного тока и т.п.

При восстановлении точностных параметров коленчатых валов механической обработкой применяют следующие технологические процессы: наружное точение на токарных станках универсальными и широколезвийными резцами; шлифование на специальных круглошлифовальных станках.

 

Ремонт подшипников

 

Износы подшипников дизелей и реверс-редукторных передач определяются конструктивными особенностями, видами трения и нагружения этих деталей. Для подшипников коленчатых валов дизелей наиболее характерны усталостные разрушения, проявляющиеся особенно интенсивно в выкрашивании антифрикционного слоя у подшипников с баббитовой заливкой. При дефектации эти разрушения обнаруживают визуально. Даже незначительные выкрашивания антифрикционного слоя служат основанием для выбраковывания вкладышей и замене их новыми.

При КР дизелей в специализированных цехах вкладыши шатунных и коренных подшипников заменяют новыми без дефектации. Комплектуют вкладыши по размерам соответствующих шеек коленчатых валов из ремонтного фонда. На сборке вкладыши коренных подшипников после установки в постели фундаментной рамы пришабривают для обеспечения заданного качества прилегания шеек коленчатого вала к антифрикционному слою вкладыша.

Подшипники скольжения шатунов с разъемными стержнями и кривошипной головкой, имеющие заливку непосредственно в тело этих деталей, при ремонте перезаливают с последующей механической обработкой. Технологический процесс перезаливки таких вкладышей состоит из выплавки или механического удаления старого баббита, очистки от грязи и окислов, обезжиривания, травления, лужения и заливки внутренней поверхности слоем нового антифрикционного сплава.

Очистку от окислов поверхности, на которую наносят антифрикционный слой, производят в пескоструйной камере или травлением в 10%-м растворе серной или соляной кислоты. После очистки подшипники промывают в горячейводе и просушивают.

Поверхность перед травлением обезжиривают и окончательно удаляют жировые отложения промывкой в 10%-м водном растворе щелочи едкого натра или калия.

Травление обезжиренной поверхности кривошипной головки шатуна с крышкой подшипника производят в 10%-м растворе соляной кислоты. После травления детали промывают горячей водой и нейтрализуют кислоту в 5%-м растворе щелочи.

Лужение восстанавливаемой поверхности включает в себя окончательное травление ее флюсом и нанесение полуды. Перед лужением кривошипную головку шатуна собирают с крышкой подшипника на технологических болтах. При необходимости в плоскости разъема этих деталей устанавливают набор прокладок расчетной толщины для обеспечения одинакового слоя заливки антифрикционного сплава по всем сечениям подшипника. Поверхности деталей, не подлежащие заливке, предохраняют специальной меловой пастой. В качестве флюсов при заливке используют жидкие растворы или порошки, основу которых составляют хлористый цинк и хлористый аммоний (нашатырь).

Перед лужением подшипник подогревают до температуры 350–360 К, а затем опускают в ванну с флюсом.

При полуде подшипник погружают в раствор припоя и выдерживают в нем в течение пяти минут. Качество полуды считают удовлетворительным тогда, когда полуда покрывает поверхность тонким слоем тусклосеребристого оттенка.

Подшипники заливают антифрикционным сплавом вручную или механизированным способом.

При ручной заливке подшипник устанавливают в специальное приспособление, обеспечивающее формирование равномерного слоя толщины заливки, и расплавленный антифрикционный металл мерным ковшом заливают в образовавшийся при сборке приспособления зазор.

Механизированную заливку подшипников осуществляют подачей расплавленного металла в зону заливки под давлением или на специальных станках для центробежной заливки. Заливка подшипников подачей расплавленного металла под давлением обеспечивает наиболее высокое качество антифрикционного слоя, но из-за технологических сложностей ее применяют только в крупносерийном машиностроительном производстве.

Сущность центробежной заливки состоит в том, что подшипник закрепляют на планшайбе специального станка и приводят во вращение с такой частотой, которая при известных условиях охлаждения и размерах заливаемой поверхности обеспечивает наименьшую ликвацию сплава. Расплавленный металл подают в зону заливки в мерных объемах через специальное устройство. За счет действия центробежных сил металл наносится на внутреннюю поверхность, обеспечивая удовлетворительную адгезию. Для проведения микроструктурного и химического анализа антифрикционного сплава при заливке или перезаливке каждой партии подшипников в технологических процессах предусматривают регулярный отбор проб. Качество адгезии антифрикционного слоя к основе подшипника, а также наличие микротрещин, отслоений и тому подобных дефектов контролируют ультразвуковым методом. В практических условиях браковочные критерии устанавливают на основании опыта производства аналогичных изделий машиностроения.

При ремонте подшипников скольжения в современных условиях проводят зачастую конструктивно-технологическую модернизацию. Смысл такой модернизации сводят к замене дорогостоящих подшипников с баббитовыми антифрикционными материалами монометаллическими подшипниками на основе алюминиево-оловянистых сплавов марки АО9-2 или биметаллическими подшипниками с многослойными антифрикционными материалами. Последние получили определенное распространение благодаря внедрению процессов плазменного напыления.

При дефектации подшипников качения реверс-редукторных передач проверяют легкость вращения, шумовые характеристики, состояние наружных поверхностей на наличие коррозии, трещин, цветов побежалости и т.д.

Все виды трещин, усталостные выкрашивания, цвета побежалости, ослабления и нарушения заклепок сепараторов являются для подшипников качения браковочными признаками.

Легкость вращения и шум подшипников определяют экспертно по эталонному подшипнику.

Незначительные следы коррозии удаляют зачисткой с последующим полированием абразивными микропорошками и пастами.

Форму и размеры колец подшипников в случае необходимости восстанавливают гальваническим наращиванием хрома или меди. Для предотвращения попадания электролита на поверхности, не подлежащие хромированию или омеднению, технологические подвески для подшипников изготавливают в герметичном исполнении. Внутренние полости самих подшипников заполняют консистентной смазкой. Равномерность покрытия (хромового до 0,1 мм и медного 0,003–0,015 мм) обеспечивают за счет того, что все гальванические операции и последующее шлифование производят без переустановки подшипников на подвесках. Гальваническое наращивание колец подшипников хромированием состоит из анодного декапирования при плотности тока 30–40 А/дм² и температуре раствора 323 К в течение 10–15 с, а также собственно хромирования при той же температуре в растворе хромового ангидрида с серной кислотой и плотности тока 50 А/дм². После хромирования подшипник выдерживают в масляной ванне при температуре 400–405 К.

Толщину хрома после наращивания определяют путем сопоставления размеров колец до и после хромирования.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите наиболее характерные износы цилиндровых втулок.

2. Чем объясняется образование коррозионно-эрозионных разрушений наружных поверхностей втулок цилиндров?

3. В чем различие цилиндровых втулок ВОД и МОД?

4. Как определяют искажения геометрической формы и размеров внутренней поверхности цилиндровых втулок?

5. Перечислите наиболее характерные износы и повреждения коленчатых валов.

6. Опишите технологический процесс перезаливки вкладышей подшипников.