Ремонт шатунов. Ремонт поршней

Ремонт шатунов

 

Шатуны судовых дизелей представляют собой конструкции, состоящие из стержня шатуна и крышки нижней половины вкладыша шатунного подшипника. В ряде случаев, особенно у МОД большой мощности, стержни шатунов выполняют разъемной конструкции в виде кривошипной головки и собственно стержня шатуна. Этим разнообразием конструктивного исполнения и количества контактных поверхностей, подвижных и неподвижных соединений подшипников шатунов, нижней головки и крышки шатунных вкладышей определяются разновидности износов шатунов.

Шатуны в эксплуатации находятся под действием динамических нагрузок, что способствует развитию усталостного разрушения.

К ведущим износам шатунов относят:

· искажения геометрической формы и размеров подшипников кривошипной и поршневой головок шатуна, плоскостей поверхности разъема лапы шатуна с кривошипной головкой;

· ослабление и искажение формы баз головки шатуна; нарушение взаимного расположения осей подшипников шатунов и баз поршневой и кривошипной головок в результате неравномерного изнашивания и искривления стержня шатуна;

· усталостные трещины на стержне шатуна.

При дефектации искажения и изменения размеров подшипников выявляют микрометрическими измерениями фактической некруглости и нецилиндричности с точностью до 0,01 мм.

Нарушения плоскостности поверхностей разъемов лапы шатуна и его кривошипной головки, образующиеся в результате наклепа, проверяют на контрольной плите на краску.

Усталостные трещины на стержнях шатунов ВОД выявляют магнитопорошковым методом. Хорошие результаты при такой дефектоскопии получают благодаря тому, что все поверхности стержней шатунов ВОД при изготовлении полируют для предотвращения концентраторов напряжений при эксплуатации. Контролируют стержни шатунов дефектоскопами с использованием циркулярного и комбинированного в приложенном поле способов намагничивания. Выбор этих способов намагничивания объясняется общими характерными закономерностями ориентации возможных трещин в шатунах. Первый из указанных способов намагничивания применяют для выявления трещин в головках шатунов, а второй – непосредственно в стержне.

На дефектоскопию шатуны направляют в сборе с крышкой, но без вкладышей подшипников. Перед магнитопорошковым контролем детали очищают от смазочного материала, нагара и цветов побежалости.

Трещины на шатунах являются недопустимыми дефектами, поэтому шатуны в случае обнаружения трещин выбраковывают.

В заключении магнитопорошкового контроля шатуны, как и обычно, размагничивают в камере для размагничивания или на дефектоскопе.

Ремонт шатунов предполагает восстановление точности баз по форме, размерам и взаимному расположению осей подшипников шатунов механической обработкой.

Базы под вкладыши шатунных подшипников и втулки поршневой головки шатуна восстанавливают растачиванием на ремонтный размер с точностью до 7–9 квалитета и микрорельефом, соответствующим параметрам Ra 2,5–1,25 мкм.

При замене втулок головного подшипника с предельными износами старую втулку выпрессовывают, а на ее место устанавливают с натягом новую бронзовую втулку. Лучшие результаты при запрессовке достигают за счет предварительного охлаждения втулки до температуры 350 К в твердой углекислоте или жидком азоте.

Рабочие поверхности головного и шатунного подшипников после ремонта (замены) растачивают одновременно на алмазно-расточных станках, станках повышенной точности. При растачивании обрабатываемую деталь (шатун) закрепляют на суппорте станка. Осевую подачу обеспечивают гидравлическим приводом. За счет точной настройки жесткости таких станков получают не только требуемые результаты по микрорельефу (до Ra 0,32–0,63 мкм), квалитетам точности размеров, но и по взаимному расположению баз подшипников шатунов.

Подшипники шатунов на универсальных горизонтально-расточных станках обрабатывают раздельно в такой последовательности, при которой сначала обеспечивают межцентровые расстояния в заданных пределах, а затем окончательно растачивают подшипники на номинальный или ремонтный размеры.

Отверстия под шатунные болты при ремонте развертывают на ремонтные размеры.

Шатунные болты – очень ответственные детали СЭУ. Отрыв их приводит к крупной аварии. Во время работы двигателя шатунные болты испытывают растяжение от силы инерции поршня и стержня шатуна. Эта сила переменная, близкая к ударной. Болты могут испытывать ударные нагрузки и при заедании поршня. Изготавливают шатунные болты из стали марок 40Х, 40ХН, 40ХНМА, 27СГ, 33ХС, в отдельных случаях – из стали 18Х2Н4ВА.

Дефектацию этих деталей выполняют магнитными методами неразрушающего контроля. Обнаруженные трещины являются недопустимыми дефектами. Длину болта контролируют микрометрической скобой. Появление остаточного удлинения также является браковочным признаком. Поскольку шатунный болт испытывает переменные напряжения, он может порваться вследствие усталости металла. Поэтому в срок, указанный в нормативно-технической документации по эксплуатации двигателя, шатунные болты должны заменяться независимо от их состояния. Ремонту шатунные болты не подлежат.

 

Ремонт поршней

 

Наиболее характерными износами поршней (рис. 15.1) судовых дизелей являются искажения геометрических форм и размеров тронка (пов. А), отверстия под поршневой палец (пов. Б), канавок под верхние компрессионные кольца (пов. В), а также прогорания донышка поршня (пов. Г). Скорости изнашивания в пределах одной и той же детали существенно отличаются и тем самым превращают поршень в деталь с низкой вероятностью безотказной работы. Для поршней ВОД, изготавливаемых из деформируемых алюминиевых сплавов, ведущими износами оказываются прогорание донышка поршня, закоксовывание двух верхних канавок под поршневые кольца и износ этих канавок с увеличением торцевого зазора между канавкой и кольцом. Практически срок службы канавок под поршневые кольца для этих поршней составляет одну – две навигации, в то время как по другим изнашиваемым элементам сроки службы до ремонта значительно выше. Прогорание донышка поршня является браковочным признаком.

Рисунок 15.1 - Схема дефектации поршней

 

Износ канавок и других конструктивных элементов при дефектации обнаруживают микрометрическими измерениями и при износах, больше допускаемых по техническим условиям, поршень ремонтируют. Обычно, и особенно для поршней МОД с наддувом или без наддува, этот ремонт сводят к обработке канавок, тронка поршня и отверстия под поршневой палец по системе ремонтных размеров на ближайший ремонтный размер. Причем так же, как и при изготовлении новых поршней, основная характерная особенность технологического процесса состоит в использовании искусственной установочной базы для установки на станке детали, обеспечивающей соблюдение принципа постоянства баз при механической обработке.

Поскольку после ремонта поршни должны удовлетворять условию взаимозаменяемости, то к качеству восстановления геометрических характеристик всех конструктивных элементов предъявляются высокие технические требования. Особенно жестко эти требования регламентируются для отверстия под поршневой палец. Для удовлетворения этих требований поршни растачивают на алмазно-расточных станках. Из методов восстановления поршней наращиванием металла на практике находят применение наплавка и анодное оксидирование канавок под кольца поршней из алюминиевых деформируемых и литейных сплавов.

Восстановление наплавкой предусматривает полное заполнение металлом двух верхних (а иногда и всех) канавок под поршневые кольца и последующую механическую обработку относительно искусственной установочной базы. Наиболее эффективна в этих случаях плазменная наплавка порошковой проволокой, легированной хромом и другими износостойкими материалами. Такой процесс используют для повышения долговечности канавок поршней не только при восстановлении, но и в машиностроительном производстве при изготовлении новых деталей путем наплавки более износостойкого металла на предварительных этапах технологического процесса с последующей чистовой механической обработкой.

Анодное оксидирование (анодирование) как при изготовлении новых, так и при восстановлении изношенных поршней из алюминиевых сплавов в первую очередь преследует цель повышения износостойкости канавок для поршневых колец, поскольку оксидная пленка имеет твердость до НВ 600. Однако благодаря тому, что при анодировании на поверхности детали образуются пленки толщиной до 0,2 мм, этот процесс может обеспечивать и восстановление размеров торцовых поверхностей перемычек между канавками под поршневые кольца.

Для поверхностного упрочнения и повышения точности отверстий под поршневой палец иногда их обрабатывают импульсными раскатками, обеспечивающими многократное дискретное деформирование металла в холодном состоянии за счет соответствующего профилирования оправки роликовой раскатки.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные износы шатунов.

2. Каким методом выявляют усталостные трещины на стержнях шатунов?

3. Перечислите характерные износы поршней. Чем они вызваны?

4. Опишите методы дефектации поршней.

5. Опишите способы восстановления поршней.