Сборка кривошипно-шатунных механизмов

Зачастую домашним слесарям приходится сталкиваться с ремонтом паровых двигателей, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, поршневых насосов.

Работа всех этих механизмов основана на преобразовании поступательного движения поршня во вращательное движение вала, и наоборот: они преобразуют вращательные движения вала в поступательные движения поршня. Называются такие двигатели кривошипно-шатунными механизмами (рис. 68).

Рис. 68. Сборка кривошипно-шатунного механизма: а – кривошипно-шатунный механизм: 1 – поршень; 2 – шатун; 3 – коленчатый вал; 4 – маховик.

Рис. 68 (продолжение). Сборка кривошипно-шатунного механизма: б – шатунно-поршневая группа перед сборкой: 1 – поршень; 2 – поршневые кольца; 3 – поршневой палец; 4 – шатун; 5 – верхний вкладыш; 6 – нижний вкладыш; 7 – болт; 8 – гайка со шплинтом; 9 – крышка нижней головки; 10 – втулка; в – щипцы для монтажа поршневых колец.

Сборочными единицами кривошипно-шатунного механизма являются:

– коленчатый вал (кривошип или кривошипный диск в зависимости от вида двигателя) – наиболее ответственная часть механизма; именно он преобразует поступательные движения поршневой группы во вращательные (и наоборот);

– маховик, имея большую массу и обладая большой инерцией, он облегчает пуск двигателя, делает переход от одной частоты вращений (скорости) к другой наиболее плавным, уменьшает неравномерность вращения вала и выводит поршни во время работы механизма из «мертвых точек»;

– шатун механизма, который соединяет коленчатый вал (кривошип или кривошипный диск) с поршневой группой;

– поршневая группа – этот элемент механизма передает осевое усилие, создаваемое в цилиндре давлением пара или газа (в двигателях внутреннего сгорания и паровых котлах), или, напротив, воспринимает осевые усилия от вращения вала, осуществляя сжатие и подачу воздуха, газа или жидкости (в компрессорах и поршневых насосах).

Сборка кривошипно-шатунного механизма происходит поэтапно: собирают отдельно поршень, осуществляют предварительную сборку шатуна, сочленяют поршень с шатуном и устанавливают шатунно-поршневую группу на вал.

Сборка поршня начинается с подбора его по гильзам цилиндров, и главное здесь – обеспечить необходимую герметичность (поршень, помимо преобразования одного вида энергии в другую, должен препятствовать проникновению масла из картера в цилиндр, а также отводить в стенки цилиндра и в смазывающий материал теплоту, которая возникает при сгорании топлива; вместе с этим поршень не должно заклинивать и между гильзой цилиндра и поршнем должен находиться смазочный слой). Необходимой герметичности можно достигнуть правильным подбором зазора между стенками цилиндра и поршнем, причем зазор этот должен быть неодинаков по высоте поршня в связи с неравномерным его нагревом (а соответственно, и расширением) во время работы. Наименьший зазор в холодном состоянии должен приходиться на нижнюю часть поршня, именно она центрирующая для поршня. Примерный зазор составляет: для поршней из чугуна – от 0,001 до 0,002 диаметра цилиндра, для поршней из алюминия – от 0,002 до 0,004 диаметра.

В верхней и нижней частях поршня в канавки устанавливают поршневые кольца. Кольца эти должны обладать определенной упругостью (ее принимают за усилие сжатия до касания замка, равное 35–70 Н). К сборке допускаются только качественно обработанные кольца: без трещин, следов обработки, разрушения граней. Для установки колец применяют специальные щипцы (рис. 68, в), разводящие концы колец, но ограничивающие этот развод, так как чрезмерно большой развод является причиной поломки колец или образования на них трещин. При установке колец замки (места стыков концов колец) должны быть сдвинуты относительно замков соседних колец под углом 90, 120 и 180°, величина зазора в замках должна быть в пределах 0,02–0,5 мм.

При предварительной сборке шатуна в его верхнюю головку запрессовывают втулку и производят чистовое развертывание отверстия втулки (поскольку в процессе запрессовки его диаметр уменьшается). Затем подбирают верхний и нижний вкладыши, их внутренняя и наружная поверхности должны быть чистыми, гладкими, без царапин, рисок, вмятин и других дефектов. Вкладыши тщательно протирают салфетками, обдувают, устанавливают на место, закрывают нижней головкой и закрепляют ее болтами с гайкой. Далее проверяют правильность отверстия под подшипники с обеих сторон (на предмет обнаружения эллипсности и конусообразности), для чего используют индикаторный нутромер.

Собранный шатун сочленяют с поршнем поршневым пальцем. Зазор между цилиндрической поверхностью пальца и стенок отверстия втулки шатуна при нагревании во время работы механизма должен находиться в пределах 0,03–0,05 мм, поэтому палец пригоняют к отверстию втулки шатуна с малым зазором или натягом. При запрессовке пальца поршень (без колец) рекомендуется нагреть в масляной ванне до температуры 80–90 °C, а сам палец – смазать маслом. Запрессовку производят деревянным молотком.

При установке шатунно-поршневой группы на коленчатый вал нижнюю головку шатуна разбирают, шатунную шейку вала смазывают тонким слоем смазочного масла, поршень с шатуном вставляют в цилиндр и нижнюю головку вновь собирают, резьбовое соединение гайка-болт стопорят шплинтом.

При установке шатуна на шейку вала между поверхностями шейки вала и вкладышей шатуна необходимо оставить зазор (при диаметре шейки 80–100 мм – не более 0,08–0,14 мм) для смазочного материала. Величину зазора вычисляют как разницу между внутренним диаметром вкладышей шатуна в сборе и наружным диаметром шейки вала.

Этот зазор также позволяет шатуну самоустанавливаться при несовпадении осей цилиндра и шейки вала.

В некоторых случаях для преобразования вращательных движений в поступательные и наоборот использовать кривошипно-шатунный механизм не представляется возможным. В этих случаях применяют его разновидности: эксцентриковый, кривошипно-ползунный, кривошипно-кулисный и пр. Однако эти виды механизмов используются в основном в станкостроении, при производстве промышленного оборудования для металло-, деревообработки и т. д. Для домашнего мастера они вряд ли будут представлять интерес.

Трубопроводные системы

Кран на кухне вышел из строя, лопнула труба центрального отопления, на дачном участке возникла необходимость проложить водопроводную систему орошения... Ремонт и замена элементов различных действующих трубопроводных систем, а тем более конструирование и установка новых также дело слесаря. Конечно же, можно вызвать слесаря из жилищно-коммунального отдела или дачного кооператива или пригласить мастера по объявлению, но лучше сэкономить массу финансов и нервов, если самостоятельно взяться за дело, вооружившись необходимыми знаниями, навыками и соответствующим инвентарем.

Конструктивные особенности трубопроводов

У различных по функциональному назначению коммуникаций – водопровода, газопровода, канализации и отопительной системы – есть нечто общее, что их объединяет. А именно: у всех перечисленных систем имеются последовательно соединенные трубы, то есть трубопроводы, по которым под определенным давлением (или самотеком) перемещаются вода или газ.

Главное требование, которое предъявляется ко всем трубопроводам, – сохранять свою непроницаемость на всем протяжении независимо от увеличения или уменьшения длины, от действия температурных изменений.

Сначала о том, из чего могут монтироваться трубопроводы:

– водопроводная коммуникация представляет собой трубопровод из труб диаметром 3/4 и 1/2 дюйма: из первых монтируются главные линии, вторые нужны для подводки к конкретному прибору-потребителю. Соответственно диаметру труб подбираются фитинги, вентили и краны.

Самым распространенным материалом для изготовления труб являются мягкие сорта обычной стали: они относительно недороги и легко поддаются обработке, но подвержены коррозии.

Поэтому лучше использовать трубы из нержавеющей или оцинкованной стали (срок их службы гораздо дольше, чем у труб из обыкновенной стали, вследствие высокой коррозийной устойчивости);

– для газового трубопровода применяются стальные трубы диаметром 1/2 дюйма, а также фитинги и вентили соответствующего размера (краны в газопровод не монтируются);

– для монтажа отопительной системы нужны: трубы диаметром 60–100 мм (если система отопления двухтрубная) или 3/4 дюйма (если в систему включены излучающие элементы – радиаторы), фитинги подходящего диаметра, вентили, возможно, краны. Если устраивается автономная отопительная система, то потребуется нагревательный прибор (это могут быть котел АОГВ или печь) и расширительный бачок;

– для устройства системы канализационной коммуникации используются чугунные, пластиковые, керамические трубы большого диаметра: около 60 мм – для отвода от раковины, мойки, ванны, душа, около 100 мм – для отвода от унитаза и общей линии. Для подводки к конкретному источнику канализационных сбросов потребуются уголки и тройники из того же материала и соответствующего диаметра. При выборе труб по материалу для канализационной системы необходимо помнить, что: чугунные трубы прочны, но тяжелы и подвержены коррозии; трубы из пластмассы имеют высокую коррозийную стойкость, низкую теплопроводность, гладкую поверхность, хорошо поддаются механической обработке, но вместе с тем обладают большой чувствительностью к механическим повреждениям, хрупкостью при низких температурах, подвержены значительным тепловым деформациям; керамические трубы очень долговечны, если на них не оказываются механические воздействия.

А теперь о некоторых особенностях каждого из многочисленных видов трубопроводов.

Водопровод. В месте подсоединения к магистральной линии централизованного водоснабжения обязательно должен быть установлен запорный вентиль на случай экстренного индивидуального прекращения подачи воды (например, если потребовалось заменить трубы или просто поменять прокладки у крана, то от этого не должны страдать соседи). Желательно, чтобы запорные вентили были также установлены перед каждым прибором-потребителем воды (например, перед смывным бачком, душевой кабиной и пр.). Рабочее положение запорных вентилей – «открыто».

Прокладывая дачный водопровод, в месте подсоединения к магистральной линии (рядом в запорным вентилем) устанавливают кран для слива воды из системы. И хотя этим краном приходится пользоваться только один раз в год, не стоит пренебрегать данным советом: на зимний период оставлять воду в трубах системы нельзя, так как при минусовых температурах вода замерзает и расширяется, в результате чего трубы могут лопнуть. На зиму кран следует оставить в открытом состоянии, а вентиль – в закрытом.

Система водяного отопления. Здесь стоит рассмотреть два варианта: квартира многоэтажного дома с центральным отоплением или собственный, отдельно стоящий дом.

Первый вариант предполагает возможность замены изношенных труб и батарей системы отопления новыми, для чего достаточно знать правила соединения стальных труб, чему будет посвящена соответствующая глава.

Во втором варианте прежде всего необходимо узнать основные принципы устройства автономной системы отопления:

– для сооружения системы водяного отопления, помимо труб и различной соединительной и запорной арматуры, потребуется нагревательное устройство (это могут быть котел АОГВ, работающий на природном газе, либо печь на твердом топливе (дрова, уголь, торф)) и расширительный бачок;

– более всего для автономной системы водяного отопления подходит двухтрубная система (без использования радиаторов) с естественной циркуляцией воды, состоящая из двух линий – верхней (горячей) и нижней (обратки);

– схема устройства системы следующая: от нагревательного элемента котла или печи поднимается основной стояк (труба диаметром около 60 мм), который врезается в расширительный бачок, расположенный на максимально возможной высоте (не исключается вариант, когда расширительный бачок располагают в утепленном отсеке чердачного помещения). Из нижней половины (или средней трети) одной из боковых граней расширительного бачка выводится труба верхней линии и опускается до уровня развязки (чаще всего – 1/3 высоты помещения от пола). Верхняя линия проходит через все отапливаемые помещения, опускается, превращаясь в нижнюю линию (обратку). Обратка также проходит через все отапливаемые помещения почти параллельно горячей линии. Врезаясь в нижнюю часть водонагревательного элемента котла или печи, трубопровод образует замкнутую систему. Если эта система довольно объемна (то есть отапливает большие площади), то в нее можно включить водяной насос, который будет создавать принудительную циркуляцию воды по трубам. С отоплением дома средних размеров (2–3 спальни, гостиная, кухня, ванная и санузел) вполне справится система с естественной циркуляцией, а для лучшего водотока, во избежание образования воздушных пробок и для удобства слива воды, и верхнюю, и обратную линии системы водяного отопления на горизонтальных участках следует расположить с уклоном по направлению движения воды около 0,5 см на каждый метр их длины. В самой нижней точке замкнутой системы водяного отопления (в конце обратной линии) рекомендуется врезать патрубок с краном для слива воды в канализацию, свободный конец которого можно вмонтировать непосредственно в канализационную систему. Значение этого элемента можно оценить тогда, когда потребуется освободить отопительный трубопровод от воды (например, в случае ремонта);

– несколько слов о назначении расширительного бачка (бак из простой или нержавеющей стали, с отверстием на верхней грани). Если бы система водяного отопления была полностью герметично замкнута, то при нагревании и, соответственно, расширении воды трубы разорвало бы от предельного давления. Расширительный бачок позволяет избежать этого: увеличивающийся при нагревании объем воды не вызывает увеличения давления, а просто поднимает ее уровень в расширительном бачке. Оптимальный объем бачка – 20–25 л, а заполнять его следует не более чем на 3/4 и не менее чем на 1/2 объема. В процессе эксплуатации необходимо следить за уровнем воды в бачке: вода при нагревании (согласно физическим законам) испаряется, и если ее уровень опустится ниже точки врезки верхней линии, то система отопления разомкнется и циркуляция воды по ней прекратится. Это приведет к тому, что отопительная система не будет выполнять свое назначение – отапливать помещения, но не это самое страшное: продолжая нагреваться, вода в стояке закипит, и может произойти взрыв котла или печи. При нормальной эксплуатации отопительной системы доливать воду в расширительный бачок достаточно 1–2 раза за отопительный сезон.

Подпитку системы можно производить через верхнее отверстие бачка, а можно для этой цели врезать в стояк патрубок с краном, подсоединенный к системе водопровода.

Система канализации. Здесь возможны два варианта: проживание в многоквартирном доме или в стоящем отдельно. В первом случае необходимо знать, как правильно произвести установку сантехнического оборудования, замену изношенных канализационных труб (см. соответствующую главу) или прочистить засорившийся сток (с использованием специального многожильного стального троса).

Прокладка канализационной системы в отдельно стоящем доме предполагает знание принципов ее сооружения:

– канализационные трубы на участке от дома (бани и пр.) до места стыковки с магистральной линией должны прокладываться ниже уровня промерзания почвы (это, кстати, относится и к системе водоснабжения). Для средней полосы России уровень промерзания почвы – около 1400–1700 мм, более конкретные данные можно узнать в любом проектном институте, занимающемся гражданским строительным проектированием, или на местной метеорологической станции;

– система канализации на горизонтальных участках должна иметь уклон не менее 35°;

– если к одной трубе подсоединено более одного источника сброса (например, при наличии объектов санитарно-технического оборудования на первом и втором этажах дома), то система не должна иметь верхней заглушки, иначе в процессе слива в верхней части канализационного канала будет создаваться разрежение воздуха, что приводит к плохой работе системы в целом и быстрому ее засорению.

Что касается системы внутреннего газоснабжения, то сборку и монтаж местного (в пределах квартиры, дома и надворных построек) газопровода, подключение к нему приборов-потребителей (газовых плит, водонагревательных приборов, котлов) можно произвести самостоятельно, но подключение ее к магистральной линии и проверку перед началом эксплуатации могут осуществлять только работники газовой службы.