Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Брук М.А. Инженерные основы эксплуатации корабельных дизелей учебник

.pdf
Скачиваний:
41
Добавлен:
30.10.2023
Размер:
14.61 Mб
Скачать

Контроль за износом шеек вала и подшипников во время эксплуатации производитсязамером зазоров.

Износ шеек вала и вкладышей подшипников про­ исходит неравномерно.

Неравномерность износа проявляется в том, что ве­ личина износа разных шеек и вкладышей неодинакова, и каждая шейка и вкладыш в различных сечениях как

по длине, так и по окружности также изнашиваются не­ равномерно.

В результате неравномерности износа каждой дан­

ной детали развиваются конусность, бочкообразность, овальность и эллиптичность поверхностей шеек вала и вкладышей подшипников.

Эллиптичность и овальность образуются в результате неравномерности распределения удельных давлений по окружности шеек коленчатого вала. ►

Бочкообразность или конусность появляется вслед­ ствие неравномерности распределения усилий по длине шейки, а также при наличии прогиба вала и остова дви­ гателя.

Неравномерность износа шеек коленчатого вала и вкладышей подшипников можно иллюстрировать графи­ ками, приведенными на рис. 123, построенными на ос­ новании опубликованных статистических данных по обмеру дизелей типа ЗД6, поступивших на капитальный ремонт в среднем после 5000 ч работы {47].

Из графиков следует, что износ коренных шеек ди­ зеля ЗД6 отличается большей неравномерностью, чем износ шатунных шеек.

Наибольшая величина износа отмечается у четвер­ той коренной шейки и у седьмого коренного вкладыша.

Износ шатунных шеек имеет более регулярный ха­ рактер изменения, уменьшаясь от первого до шестого номера:

Основной причиной неравномерности износа шеек ко­ ленчатого вала являются различия в условиях их ра­ боты.

Например, максимум износа четвертой коренной шей­ ки ЗД6 можно объяснить тем обстоятельством, что на нее воздействуют одновременно повышенные усилия от третьего и четвертого кривошипов, расположенных в одной плоскости. Ни одна из других коренных шеек.

370

d „ мм

to

л*

a

CfBn MM

- х -

95.06

\7

) —)<

95.07>

 

 

 

 

с

 

 

 

95.08

 

 

 

 

 

 

 

95-03

1

2

3

4

5

6

7

 

 

Номера

коренных подшипников

 

6

Номера шатунных шеек

в

Номера шатунных подшипников

г

со

Рис. 123. График износа шеек коленчатого вала и вкладышей подшипников дизеля ЗД6:

а — коренные шейки; б — вкладыши коренных подшипников; в — шатунные шейки; г — вкладыши-

- v l

шатунных подшипников

вала не находится в таких тяжелых условиях и не испы­ тывает таких больших удельных давлений.

Замеры показали также наибольший прогиб вала в районе четвертой шейки. Незначительный износ шестой и седьмой коренных шеек является следствием того, что они расположены в районе опор двигателя и в меньшей мере подвергаются деформации.

1 2 з

Рис. 124. Х арактер износа рамовон шейки (сплош ная

линия)

и вкл а­

ды ш а

рамового подшипника (пунктир) по длине

(а)

и по

окруж ­

ности

(б ). Граф ик (б)

соответствует сечению 2—2.

Граф ик

(а) соот­

 

ветствует

радиальному направлению

А А

 

Неравномерность износа каждой шейки и вкладыша по длине и по окружности ясно выражена на рис. 124.

Рабочие клапаны

Рабочие клапаны подвергаются воздействию высо­ кой температуры и динамических нагрузок. Высокие скорости посадки клапанов на седла в условиях гра­ ничного или сухого трения вызывают деформацию ра­ бочей поверхности тарелки клапана и седла.

Износ клапанов происходит также под влиянием кор­ розии и газовой эрозии.

372

Интенсивное трение в неблагоприятных условиях

приводит к износу направляющей втулки и стержня кла­ пана.

У форсированных дизелей возрастает опасность теп­ лового износа клапанов. Износу способствует не только

высокая

температура

клапанов, достигающая 600—

800° С,

но и неравномерный нагрев разных

участков

клапанного механизма.

В особенно тяжелых

условиях

работают выпускные клапаны дизелей с высоким надду­ вом.

При увеличении степени наддува растут температу­ ра и давление газов, что вызывает повышенные меха­ нические и тепловые напряжения клапанов, деформации крышки цилиндра, тарелки и штока клапана, а в итоге— усиление износа.

Испытания показали, что контактное напряжение между конусом и седлом клапана может превышать

500 кгс/см2.

Если учесть, что такие нагрузки возникают в усло­ виях полусухого, а часто и сухого трения, то легко представить эффект взаимодействия рабочей фаски та­ релки клапана и седла.

Износ клапанов и их седел зависит от нагрузки и числа оборотов двигателя, жесткости крышек цилинд­ ров и равномерности их охлаждения, кинематики кла­ панного механизма и правильности его регулировки в условиях эксплуатации. Следует учитывать, что по мере износа седла клапана изменяются зазоры в механизме привода клапанов, а также фазы открытия и закрытия клапанов, что вызывает необходимость периодической проверки и регулировки фаз газораспределения и зазо­ ров в клапанном механизме.

Снижение интенсивности износа седел выпускных клапанов по сравнению с впускными объясняется содер­ жанием паров масла в выпускных газах, омывающих седла. Это улучшает условия трения и снижает износ'.

Топливная аппаратура

Износ деталей топливной аппаратуры оказывает су­ щественное влияние на качество смесеобразования, ус­ ловия сгорания, основные показатели рабочего процес­ са, теплонапряженность цилиндро-поршневой группы,

373

интенсивность нагарообразования и другие эксплуата­ ционные показатели двигателя, связанные с условиями осуществления процесса сгорания.

Износу подвергаются плунжеры и втулки топливных насосов, нагнетательный клапан и его седло, игла и иг­ лодержатель форсунки, сопловые отверстия форсунки.

Основными причинами износа деталей топливной аппаратуры являются: трение, воздействие абразивов и коррозия.

Внагнетательных полостях топливной аппаратуры развиваются чрезвычайно высокие давления, воздейству­ ющие на детали насоса и форсунки. Истечение топлива

сбольшими скоростями приводит к постепенному изно­ су сопловых отверстий, насосных пар и других деталей топливной аппаратуры.

Втопливе, как бы тщательно оно ни фильтровалось, содержатся мельчайшие твердые частицы, которые дей­ ствуют как абразивы, ускоряя износ сопловых отверстий, плунжерных пар, нагнетательных и игольчатых кла­ панов.

Последние, кроме того, подвергаются воздействию динамических усилий во время посадки в гнезда.

Коррозионный износ может появиться в результате

влияния сернистых соединений, содержащихся в топливе, и в случае попадания в топливо даже незначительных количеств воды.

В результате износа деталей топливной аппаратуры уменьшается давление распыливания, искажается закон подачи топлива, уменьшаются длина и угол конуса топ­ ливного факела, ухудшается характеристика распыли­ вания (тонкость и однородность), что в свою очередь отрицательно влияет на скорость и эффективность сго­ рания.

§40 . ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗНОС

Многочисленные факторы, влияющие на износ дета­ лей корабельного дизеля, могут быть разделены на две основные группы.

К одной группе относятся факторы, обусловленные конструктивными и технологическими особенностями двигателя: физико-химические качества материалов, со­ стояние поверхности деталей и ее способность удержи­

374

вать смазку, установленная величина зазоров, жест­ кость и вибростойкость конструкции и др.

Этифакторы закладывают определенные возможно­ сти сопротивления изнашиванию. Реализация возмож­ ностей зависит от условий эксплуатации двигателя. Из­ вестно, что однотипные двигатели в зависимости от особенностей их эксплуатации за одну и ту же продол­ жительность работы могут иметь износы одноименных деталей, отличающиеся в 3—4 раза.

К группе эксплуатационных факторов, влияющих на износ, относятся: нагрузка и число оборотов, тепловое состояние двигателя, стабильность режимов охлаждения и смазки, частота пусков и остановок, соблюдение ре­ жима прогрева, стационарность режимов работы, каче­

ство топлива и смазочного масла, тщательность прове­ дения планово-предупредительных осмотров и ремонтов,

качество регулировки двигателя во время эксплуатации и после ремонта.

Влияние материала и состояния поверхности деталей трения

Скорость износа при прочих равных условиях зави­ сит от жесткости, прочности, износостойкости и состоя­ ния поверхностного слоя материала детали.

Опыт эксплуатации и испытания высокофорсирован­ ных дизелей с максимальным давлением цикла более 100 кгс/см2 позволили установить, что при высоких удельных давлениях и скоростях взаимного перемещения трущихся поверхностей изнашивание основных деталей происходит весьма интенсивно. Особенно большое влия­ ние на скорость изнашивания оказывает рельеф поверх­ ности трения.

Установлено, что для обеспечения минимального из-, носа трущихся деталей их поверхности должны иметь определенную степень шероховатости.

Мнение о том, что для снижения износа необходимо обеспечивать наибольшую гладкость и чистоту поверх­ ности, опровергнуто многими экспериментами и опытом эксплуатации.

В первые годы введения хромирования втулок ци­ линдров зеркало хромированной втулки полировалось. Масло на поверхности такой втулки распределялось не­ равномерно и не удерживалось, что приводило к частым

375

задирам, несмотря на высокую твердость и износостой­ кость.

Применение пористого хромирования позволило на­ много увеличить износостойкость втулок цилиндров и устранить задиры. Поры на поверхности трения выпол­ няют роль микрорезервуаров для смазочного масла, не только обеспечивающих повышенную устойчивость ма­ сляной пленки и лучшие условия смазки, но и предо­ храняющих поверхность деталей от непосредственного воздействия на них коррозионно агрессивных веществ.

Для определенных условий трения в зависимости от величин удельных давлений, скорости перемещения де­

талей и условий смазки существует оптимальная шеро­ ховатость трущихся поверхностей. В работах П. Е. Дья­ ченко [16] и других исследователей показано, что с повышением чистоты поверхностей трущихся деталей износ уменьшается только в случае обильной смазки при малых удельных давлениях.

Для условий трения деталей дизеля характерны вы­ сокие нагрузки и недостаточность смазки, в особенности это относится к такой паре трения, как втулка цилинд­ ра— поршень. Минимальный износ в таких условиях работы достигается определенной величиной шерохова­ тости. Пониженная и повышенная шероховатость по сравнению с оптимальной приводит к увеличению из­

носа.

Чрезмерно гладкая полированная поверхность вслед­ ствие недостаточной пористости не может удерживать масло, поэтому не обеспечивается качественная смазка и детали не предохраняются от действия коррозии. В ре­ зультате растет износ от трения и коррозии.

Повышенная по сравнению с оптимальной шерохова­ тость интенсифицирует износ, так как при этом растут местные удельные давления на рабочие поверхности

деталей.

Оптимальная шероховатость поверхностей трения до­ стигается во время обкатки двигателя.

На интенсивность износа влияет также направление первоначальных следов механической обработки. П. Е. Дьяченко считает, что при обеспечении гидро­ динамической смазки и относительно большой шерохо­ ватости поверхностей трения следы механической обра­ ботки цилиндра должны быть направлены параллельно

376

движению поршня. При этом износ втулки цилиндра и поршневых колец оказывается значительно меньшим, чем при направлении следов механической обработки перпендикулярно направлению движения поршня.

Износ зависит в значительной мере от макрогеомет­ рии деталей трения. Овальность, конусность, бочкообразность, корсетность, повышенные и неравномерные за­ зоры в сопряжениях, деформации, возникающие во вре­ мя работы двигателя, вызывают опасность контактного трения, в результате чего появляются задиры и интен­ сивное изнашивание.

Наиболее опасны отклонения от нормальной макро­ геометрии верхней части цилиндра, где действуют мак­ симальные нагрузки, температуры и наиболее неблаго­ приятные условия смазки.

Качество поверхности деталей характеризуется не только микрорельефом и макрогеометрией, но и механи­ ческими свойствами поверхностного слоя.

Опыты, проведенные на отечественных дизелестрои­ тельных заводах, показывают, что износостойкость де­ талей повышается с увеличением ударной вязкости, что достигается упрочнением поверхностного слоя с по­ мощью обкатки роликом и обдувкой дробью.

Упроченный слой углубляется на 0,2—0,4 мм, твер­ дость при этом возрастает, например, для стали 18ХНВА в два раза.

Поверхности трения должны быть достаточно твер­ дыми для сопротивления абразивному изнашиванию и иметь достаточную пористость, обеспечивающую эффек­ тивную смазку, благоприятные условия трения и на­ дежную защиту от коррозии.

Эти требования обеспечиваются применением метал­ лических покрытий и термохимической обработки дета­ лей (азотирование, цементация, фосфатирование, суль­ фидирование, оксидирование, хромирование, закалка токами высокой частоты и др.).

Износостойкость хромированных деталей с достаточ­ ной пористостью повышается в несколько раз, а коэффи­ циент трения уменьшается по сравнению с гладким хро­ мом примерно в 1,6 раза.

Эксплуатационные испытания и лабораторные экспе­ рименты показывают, что хромирование позволяет умень­ шить износ колец и втулок цилиндров от 25 до 50%.

377

Влияние эксплуатационных факторов на износ

Нагрузка и число оборотов. Чем выше нагрузка, тем больше удельные давления на детали двигателя, выше температура поршня, поршневых колец, выпускных кла­

панов, более напряжен рабочий процесс, труднее обес­ печить гидродинамический режим смазки и, следова­ тельно, тем интенсивнее износ.

Рис. 125. Типичный характер зависимости износа от нагрузки

В общем виде может быть дана лишь качественная оценка влияния нагрузки на износ. Количественно сте­ пень изнашивания может оказаться для разных двига­ телей и на различных режимах неодинаковой в зави­ симости от того, какой вид износа является прёобладающим.

Испытания, проведенные на судовом дизеле мощно­ стью 6000 л. с. [79], показали, что при увеличении ндгрузки возрастает износ верхнего уплотнительного кольца.

На рис. 125 показан типичный характер зависимости износа от нагрузки.

В основной области эксплуатационных режимов а при повышении нагрузки растет скорость износа. Пунк­ тиром обозначена граница нагрузок, за пределами ко­ торой наблюдается обратное соотношение (область б).

Длительная работа на малых нагрузках сопровож­ дается резким ухудшением качества смесеобразования и сгорания.

Основные детали имеют пониженные температуры,, вследствие чего двигатель работает с большими зазора­ ми между поршнем и втулкой цилиндра. Это влечет за собой значительный -прорыв газов через лабиринты

378

поршневых колец. Происходит интенсивное отложение продуктов окисления масла и разжижение его топли­ вом. Старение масла ускоряется на малых нагрузках под действием больших избытков кислорода. Отмечает­ ся закоксовывание колец, усиленный их износ и заби­ вание масляных каналов продуктами окисления масла, ухудшаются условия смазки, возрастает концентрация

Рис. 126. Изменение износа в зависимости от д а в ­ ления наддува:

/ —втулки цилиндра; 2 —верхнего поршневого кольца

абразивных включений, что при совокупном воздейст­ вии приводит к росту коррозионного и механического

износов.

Если малые нагрузки сопровождаются малым чис­ лом оборотов, то все перечисленные отрицательные яв­ ления усиливаются за счет более резкого ухудшения ус­ ловий смазки и качества распыливания топлива.

Все это объясняет нежелательность длительной экс­ плуатации дизеля на очень малых нагрузках и на режи­ ме холостого хода.

Если сравнивать при прочих равных условиях два

однотипных двигателя с различной форсировкой по над­ дуву, то более интенсивно будут изнашиваться двигате­

ли, которые имеют большую номинальную нагрузку. Поэтому особое значение приобретает проблема

обеспечения, износостойкости напряженных форсирован­ ных двигателей с высокими степенями наддува.

Зависимость износа от степени наддува иллюстри­ руется кривыми на рис. 126, построенными по данным

379

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ