Основні несправності і причини їх виникнення

Шатунно-поршнева група разом з колінчастим валом є основним робочим механізмом поршневого двигуна внутрішнього згоряння. Поршень — найвідповідальніша і напружена частина двигуна. Він виконує наступні функції:

· забезпечує необхідну форму і герметичність камери згоряння;

· передає силу тиску газів на шатун;

· управляє відкриттям і закриттям вікон (в деяких типах дизелів).

У процесі роботи на поршень діють механічні навантаження тиску газів і сил інерції, а також високі теплові навантаження в період безпосереднього зіткнення його з гарячими газами при згорянні палива і розширенні продуктів згоряння. Додатково поршень нагрівається від тертя об стінки циліндра. При нагріві поршня знижуються механічні властивості його матеріалу і ростуть термічні напруги в ньому. До того ж погіршується наповнення циліндра свіжим зарядом, через що зменшується потужність двигуна, з'являються умови для заклинювання поршня в циліндрі, погіршується робота кільцевого ущільнення. Поршні двигунів внутрішнього згоряння, разом з достатньою міцністю і жорсткістю, повинні мати, як тільки можливо, меншу масу для зменшення сил інерції, володіти високою теплопровідністю і стійкістю до знощування.

Поршні виготовляють із сталі, чавуну, алюмінієвих і магнієвих сплавів. На тепловозах застосовують поршні в основному чавунні, а також з алюмінієвих сплавів.

Чавунні поршні відрізняються малим коефіцієнтом лінійного розширення, високою міцністю і зносостійкістю, але мають велику масу в порівнянні з алюмінієвими. Поршні з алюмінієвих сплавів володіють меншою міцністю і зносостійкістю, але значно легше за чавунні. Теплопровідність алюмінієвих сплавів в 3...4 рази вища, ніж у чавуну, тому температура днища поршнів з алюмінієвих сплавів нижча, ніж у чавунних поршнів. У зв'язку з цим, у двигунах з поршнями з алюмінієвих сплавів поліпшується наповнення циліндра свіжим повітряним зарядом і зменшуються витрати енергії на тертя поршня об циліндр в результаті меншого коефіцієнта тертя алюмінієвих сплавів.

Істотним недоліком поршнів з алюмінієвих сплавів є високий коефіцієнт лінійного розширення в порівнянні з чавунними (приблизно в 2...2,5 рази більше, ніж у чавуну). Тому поршні з цих сплавів встановлюють в циліндри з великим зазором, який утрудняє пуск дизеля, викликає стукіт при роботі непрогрітого двигуна і на малих оборотах колінчастого вала. Поршні з алюмінієвих сплавів застосовуються на дизелях ПД1М, Д50, 310DR, М750, 1Д12 і ін.

На дизелях 11Д45, 14Д40 застосовуються складові поршні, що складаються з тронка, головки і вставки. На дизелях типу Д100 встановлені поршні, у яких чавунна головка і тронк відлиті в єдину деталь. Поршні дизелів типу Д49 мають сталеву головку, а тронк і вставка виготовлені з алюмінієвого сплаву у вигляді єдиної деталі (рис. 2.19).

Рис. 2.19 – Поршень дизеля 1А-5Д49-2: 1 — шпилька; 2 — втулка; 3 — палець; 4 — стопорне кільце; 5 — кільце ущільнювач; 6 — пружина; 7 — стакан; 8 — тронк; 9 — головка поршня;

10 — компресійні кільця з односторонньою трапецією; 11 — компресійне (хвилинне) кільце;

12, 15 — маслознімальні кільця; 13 — експандер; 14 — трубка; 16 — дріт; 17 — гайка;

а — порожнина охолоджування днища кришки; б — отвір для перетікання масла; в — канал для зливу масла з порожнини охолоджування

Для кращого охолоджування головок поршнів в їх днищах з внутрішньої сторони зроблені канавки, до яких подається масло з верхньої головки шатуна через стакан, що притискається пружиною до шатуна. Гаряче масло по каналу в поршні стікає в картер. В отвори бобишек тронка встановлюється палець, що з’єднує верхню головку шатуна з поршнем, на головці якого проточені канавки для поршневих кілець.

Поршневі кільця по своєму призначенню діляться на компресійні і маслознімальні (рис. 2.20).

Рис. 2.20 – Поршневі кільця: а — компресійні: 1—5 — перетини кілець; α — кут скосу поршневих кілець; β — кут скосу, призначеного для очищення канавки поршневого кільця;

б — маслознімальні: 1—9 перетини кілець; γ — кут скосу робочої площини; в — замки кілець:

1—3 — форми кілець; Δ — зазор

Розрізні кільця притискаються до стінки циліндра за рахунок власної пружності і тиску газів. Високі температури і недостача масла приводять до великого зношування як кілець (особливо першого), так і втулки циліндра.

Число поршневих кілець, що забезпечують достатнє ущільнення, визначається частотою обертання колінчастого вала і типом двигуна. Чим вище частота обертання, тим менше число поршневих кілець. Виготовляються поршневі кільця із спеціального чавуну за особливою технологією. В двотактних дизелях типів Д100, Д40, поршні яких працюють у важких термодинамічних умовах, застосовуються біметалічні кільця — чавунні зі вставкою з бронзи і подвійним конусом зовнішньої поверхні. Бронзова вставка при роботі двигуна стирається, утворюючи на стінці циліндра металеву плівку, яка оберігає дзеркало циліндра від задирів і збільшує тепловіддачу. Компресійні кільця для підвищення зносостійкості покривають хромом. На швидкохідному дизелі типу М750 застосовують хромоване сталеве кільце, яке встановлюють в першу канавку для підвищення надійності.

Маслознімальні кільця виконуються з одним або двома вікнами для відведення масла. В деяких кільцях для підвищення пружності використовуються експандери. Замки кілець бувають косі під кутом 15°, прямі або виконані внахлест.

Розрізняють поршневі пальці з жорстким закріпленням у бобишках поршня або вставки і плаваючі, які можуть обертатися навкруги власної осі. Плаваючі пальці мають менше зношування, і вони частіше застосовуються на дизелях тепловозів. При роботі на поршневий палець діють великі сили, змінні по величині і напряму. Він повинен бути міцним і стійким до зношування, тому його виготовляють з високоякісної вуглецевої або легованої сталі. Робочу поверхню пальця цементують з подальшою термічною обробкою для додання їй більшої твердості.

Шатун пов'язує колінчастий вал з поршнем. При роботі шатун здійснює складний рух і піддається змінному по величині і напряму навантаженню від тиску газів і сил інерції. Діючі на шатун сили викликають в ньому складні деформації — стиснення, розтягування, подовжній і поперечний вигини. Тому шатун повинен бути жорстким і міцним при можливо малій масі. Шатуни виготовляють з вуглецевої або легованої сталі куванням або штампуванням з подальшою механічною і термічною обробкою.

Стрижні шатунів мають двотавровий перетин. В V-образних дизелях (типу Д40, Д49, М750 і ін.) застосовуються шатуни з причіпним з'єднанням головного і причіпного шатунів (рис. 2.21).

Рис. 2.21 – Шатунно-поршнева група дизелів типу Д49: 1 — головний шатун; 2 — поршень;

3 — пружина; 4 — стакан; 5 — маслознімальне кільце з експандером; 6 — тронк; 7 — втулка верхньої головки шатуна; 8 — палець; 9 — стопорне кільце; 10 — болт причіпного шатуна;

11 — причіпний шатун; 12 — палець причіпного шатуна; 13 — втулка-підшипник; 14 — болти шатунів; 15 — кришка; 16 — вкладиші; а, в, г, д, е — канали; б — порожнина охолоджування;

ж — отвір під штифт; з — зубчатий стик

Під час експлуатації, робота деталей шатунно-поршневої групи відбувається в умовах великих термічних і механічних навантажень. Найпоширенішими пошкодженнями є:

· у поршнів — термічні тріщини і прогари головок поршнів; зношування і відшаровування полуди тронкової частини поршня; зношування канавок під кільця; спостерігається насосна дія поршневих кілець, що супроводжується підвищеною витратою масла; задири поршнів; тріщини у канавок поршнів, а також їх вставок; ослаблення або обрив шпильок кріплення вставки (Д100), шпильок кріплення головки поршня до тронкової частини (Д49); ослаблення посадки і зношування втулок під поршневий палець;

· у поршневих кілець — зношування, злам, пригорання і втрата пружності;

· у поршневих пальців — зношування (овальність, конусність), тріщини, задири;

· у шатунів — зношування і викришування втулки, тріщини, вигин, скручування, обрив болтів шатунів, пошкодження різьблення, витягання болтів шатунів, закупорка масляних каналів;

· у вкладишів шатунів — зношування, викришування антифрикційного шару, втрата натягу.

Термічні тріщини і прогари головок поршнів утворюються через перегрів днища поршня. В ньому виникають високі термічні напруження. Головною причиною виникнення цієї несправності є погане охолоджування головки поршня в результаті неякісного очищення днища поршня від нагару на поточних ремонтах ПР-2 і ПР-3, застосування неякісного масла, недостатнє надходження масла на охолоджування поршня при завищених зазорах «на масло» в корінних і шатунних підшипниках колінчастого вала, неправильне регулювання паливної апаратури.

Відшаровування полуди на тронковій частині поршня відбувається через неякісне лудіння поршнів при поточних ремонтах ПР-2 і ПР-3. Більш високу стійкість має покриття поршнів, що використовується на дизелях Д49. Поршень покривають складом ВАП-2, який має зміст молібдену. Перед нанесенням ВАП-2 тронки поршнів піддають дробеструйній обробці в спеціальній камері, ретельно обезжирюють і подають в камеру для нанесення молібдену, а потім в сушильну камеру.

У дизелів Д49 спостерігаються тріщини у тронках поршнів, виготовлених з алюмінієвого сплаву, в отворах для проходу масла з виходом іноді на отвір під поршневий палець. Причиною утворення тріщин є концентрація напруги і низька втомна міцність сплаву. Зношування канавок під поршневі кільця в головках поршнів є природним результатом переміщення кілець в канавках. У чавунних суцільнолитих поршнів (дизелі типів Д100, Д40, 11Д45 випуску після 1975 р.) і поршнів з відокремленими сталевими головками (дизелі 11Д45 випуску до 1975 р., Д49) зношування канавок незначне.

Алюмінієві поршні (дизелі Д50, Д70) мають підвищене зношування стінок канавок. Для його зменшення застосовують поліпшене охолоджування зони розташування поршневих кілець (рис. 2.22), як наприклад, у дизеля 2Д70, або заливають (заковують) в поршень спеціальні утримувачі кілець з твердих, стійких до зношування сплавів (рис. 2.23), дизель Д70 потужністю 2940 кВт).

Рис. 2.22 – Алюмінієвий поршень дизеля Д70 з охолоджуванням зони установлення поршневих кілець: 1 — головка поршня, 2 — камера охолоджування, 3 — канавки для кілець, 4 — канал для підведення масла

Рис. 2.23 – Алюмінієвий поршень з утримувачем кілець: 1 — головка поршня,

2 — утримувач кілець

Злам поршневих кілець спостерігається частіше на дизелях типів Д100, Д40, 11Д45 і ін., втулки циліндрів яких мають вікна для випуску газів (Д40, 11Д45) або для продування і випуску газів (Д100). Головною причиною зламу кілець є западання їх кінців у вікна втулки при проході поршнем випускних або продувочних вікон. Це явище підсилює порушення технології виготовлення і ремонту втулок. циліндрів, коли залишають не закруглені (радіусом 1—2 мм) кромки випускних і продувочних вікон.

Загоряння (закоксовування) поршневих кілець з частковою або повною втратою їх рухливості пояснюється застосуванням неякісного масла, неправильного регулювання паливної апаратури і її несправністю (підтікання форсунок, погане розпилювання палива), недоліком наддувочного повітря при несправності агрегатів наддуву або загорянні їх соплових вікон і вікон втулок циліндрів. Підвищене зношування поршневих кілець відбувається через низьку якість матеріалу кілець, неправильну їх термообробку і зміцнення, погану фільтрацію повітря, що подається зовні, перегрів дизеля.

Передчасне зношування поршневого пальця, його задири і утворення в ньому тріщин викликаються порушенням режиму термообробки (цементація або азотизація), поганим маслом або заклинюванням поршня у втулці циліндра.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: