Voznitskiy_-_Sudovye_dizeli_i_ikh_expluatatsia

ностью осей кривошипной и рамовых шеек коленчатого вала, пере­ косом цилиндровой втулки, изгибом шатуна или недостаточной жест­ костью его головок.

Большое влияние на надежность работы подшипников коленча­ того вала оказывает качество их сборки.

Крейцкопфные подшипники, В современных МОД крейцкопф­ ные подшипники работают в наиболее неблагоприятных условиях. Одна из основных причин повреждения — неравномерное распреде­ ление давления по поверхности антифрикционного слоя вследствие деформации цапф и поперечины крейцкопфа вовремя работы дизеля.

Шатунные болты. Чаще всего болты обрываются у четырехтакт­ ных дизелей. Обрыв шатунных болтов приводит к тяжелой аварии всего дизеля. Причины обрыва: недостаточная, чрезмерная или не­ равномерная затяжка болта; ослабление гайки болта во время ра­ боты дизеля вследствие неправильного стопорен ия или установки шплинта несоответствующего размера; перегрев и подплавка криво­ шипного подшипника или большая эллиптичность кривошипной шейки коленчатого вала; заедание поршня; разнос дизеля; плохое прилегание головки болта или гайки к опорной поверхности головки шатуна; неплотная посадка болта в отверстие головки шатуна; не­ достаточная жесткость кривошипной головки шатуна.

Для предупреждения обрыва болтов необходимо: при остановке дизеля после продолжительной работы проверять состояние стопор­ ных устройств и затяжку гаек болтов (если гайка затянута недоста­ точно или частично отвернута, проверить, не вытянулся ли шатун­ ный болт; ослабленный болт снять и проверить его состояние); при каждой разборке кривошипного подшипника проверять состояние шатунных болтов (вытяжку, состояние резьбы, нет ли трещин, за­ боин и т. п.).

Внешне болты осматривают при помощи лупы не менее пятикрат­ ного увеличения. Резьбу болта проверяют резьбомером и наверты­ ванием гайки на всю длину нарезки (гайка должна туго наверты­ ваться вручную). Вытяжку болта можно обнаружить по смещению' контрольных меток на гайке и торце резьбового конца болта, нане­ сенных во время сборки подшипника; при вытягивании болта мет­ ка смещается в направлении вращения гайки при ее навертывании. Через 3—5 тыс. ч работы дизеля рекомендуется проверять остаточ­ ное удлинение (вытяжку) болтов измерением длины микрометриче­ ской скобой и сравнивать полученные результаты с первоначальны­ ми данными.

Шатунный болт вместе с гайкой подлежит замене при обнаруже­ нии следующих дефектов: вытяжки или повреждения резьбы; тре­ щин , забоин, надрезов, скручивания; ослабления гайки на резьбе или слабой посадки болта в отверстии; задира или заедания поршня; подплавки кривошипного подшипника; работы дизеля вразнос; остаточного удлинения болта, превышающего допусти­ мый предел или равного ему, через определенный срок службы

340

(у четырехтактных дизелей); через 20 тыс. ч работы шатунные болты четырехтактных дизелей должны быть проверены магнитной дефек­ тоскопией на отсутствие трещин.

Коленчатый вал. Основные дефекты шеек вала: риски, царапи­ ны и задиры; эллиптичность, конусность и бочкообразность; про­ ворачивание щек относительно шеек составных кривошипов, тре­ щины.

Мелкие кольцевые риски на шейках возникают при попадании в подшипник грязи. Царапины и задиры шеек являются результатом подплавки или выкрашивание антифрикционного слоя подшипни­ ков, эллиптичность и бочкообразность — результат износа, а

конусность — плохой центровки деталей движения. Неправильная форма шеек не позволяет установить необходимый масляной зазор, что приводит к ухудшению условий смазывания и возникновению до­ полнительных ударных нагрузок на подшипники.

Причинами проворачивания щек в составных кривошипах явля­ ются: заклинивание поршня; гидравлический удар в цилиндр; удар о препятствие лопасти гребного винта или заклинивание греб­ ного шла; недостаточный натяг при запрессовке шеек; низкое ка­ чество металла, наличие пор и других дефектов в зоне запрессовки,

Признаки проворачивания щеки относительно шейки вала: сильная вибрация дизеля, изменение температуры выпускных газов, жесткая работа и срабатывание предохранительного клапана»

Проворачивание щеки относительно рамовой шейки кривошипа может привести к тяжелым последствиям, так как при этом смеща­ ются каналы для подвода смазочного масла к подшипникам. Поэто­ му необходимо периодически проверять положение контрольных ме­ ток (кернов на щеках и торцах шеек составных кривошипов).

Основная причина возникновения трещин в коленчатом валу и последующей его поломки — «усталость» металла. Причины уста­ лостных разрушений: недостаточный запас прочности вала, особен­ но в местах концентрации напряжений (в галтелях, краях смазоч­ ных отверстий); технологические пороки; низкие механические свой­ ства материала (неоднородная структура; микротрещины, образовав­ шиеся при термической обработке); неметаллические включения; случайные повреждения на поверхности вала в процессе эксплуата­ ции (риски, царапины, борозды и надрезы); дополнительные напря­ жения из-за крутильных колебаний, а также из-за большой упругой деформации вала, вызванной неравномерным износом, подплавкой или просадкой рамовых подшипников, деформацией фундаментной рамы, расцентровкой коленчатого вала с валом отбора мощности, сильным заеданием поршня, работой дизеля в зоне критических час­ тот вращения.

Характерными признаками появления трещины в коленчатом валу являются сильные стуки, нагрев подшипников и колебания ча­ стоты вращения.

341

Для предупреждения поломки коленчатого вала необходимо ре­ гулярно проверять положение его оси, прилегаемость шеек к рамовым подшипникам и их просадку, не допускать появления рисок и царапин на поверхности шеек, проверять и своевременно регулиро­ вать масляные зазоры в подшипниках. Должное внимание необхо­ димо также уделять контролю осевых зазоров между щеками криво­ шипов и торцами рамовых подшипников.

15.7. Некоторые практические рекомендации

Затяжка болтов (шпилек) деталей и узлов дизеля. При отсутст­ вии указаний завода-изготовителя затяжку болтов (шпилек) раз­ личных узлов и деталей можно сделать на основании следующих расчетов.

Затяжка по допустимому удлинению болта

удлинение микрометрической скобой. При небольших напряжени­ ях затяжки коротких болтов их удлинения невелики и при измере­ нии может быть допущена серьезная ошибка. Кроме того, для изме­ рения удлинения болта необходимо иметь доступ к нему с двух сто­ рон, что не всегда возможно.

Затяжка по допустимому моменту

М3= Mp+ ^Wp,

342

Рис. 15.8. Положения вкладышей подшипника при сборке

при этом стыковые кромки вкладыша несколько выступают над плос­ костью стыка гнезда (рис. 15.8, г). После окончательного обжатия подшипника создается натяг в сопряжении вкладыша с гнездом (рис. 15.8, д). Недостаточный натяг способствует возникновению микроперемещений вкладыша в гнезде и их изнашиванию. Однако недопустим и чрезмерный натяг в сопряжении, так как он вызывает деформацию вкладыша, его кромки отгибаются внутрь и масляный зазор в подшипнике нарушается (рис. 15.8, е).

При проверке зазоров в подшипниках, с вкладышами, покрытыми мягким рабочим слоем, не рекомендуется использовать щуп или свинцовые выжимки (во избежание повреждения этого слоя). В ша­ тунных подшипниках зазор следует измерять с помощью линейных • индикаторов, в рамовых подшипниках изменение зазора можно оп­ ределять по толщине вкладышей.

дятся данные по отбраковке вкладышей подшипников, При отсут­ ствии таких данных можно пользоваться следующими рекоменда­ циями.

Дефекты вкладышей подшипников чаще всего свидетел ьствуют о каких-либо дефектах в дизеле, а не о плохом состоянии самих вкла­ дышей . Если вкладыш проработал значительное время, то на нем мо­ гут быть обнаружены признаки различных дефектов, в период при-

344

работки нового вкладыша можно обнаружить конкретный дефект в чистом виде. Все дефекты вкладышей подшипников можно условно разделить на следующие группы: износ, усталость, коррозия, риски и царапины, эрозия и кавитация; фреттинг-коррозия и питтинг, полное разрушение.

Физической первопричиной износа является нарушение гидроди­ намической масляной пленки и работа подшипника в режиме полу­ сухого трения. Полусухое трение возникает при повышенных на­ грузках на подшипник, недостатке масла или его высокой темпера­ туре, повышенной шероховатости шейки. Полусухое трение неиз­ бежно при пуске дизеля и во время его остановки.

Рассмотрим наиболее характерные'признаки износа рабочего слоя тонкостенных вкладышей подшипников (рис. 15.9):

1 — износ рабочего слоя по всей ширине подшипника в зоне мак­ симальной нагрузки. Если изнашивание происходило в течение дли­ тельного времени, то это нормальный процесс, если же за короткое время на всех подшипниках, то возможными причинами могут быть: несоосность подшипника и шейки вала, недостаток масла или его высокая температура, шероховатость шеек вала. Вкладыш, не явля­ ется дефектным, если не обнажен разделительный слой;

2 — на новом вкладыше через короткое время следы приработки в середине подшипника вследствие отклонения в форме шейки вала или постели подшипника;

3 — на верхнем и нижнем вкладышах с разных сторон односто­ ронний след приработки, блестящий на фоне матово-серой поверхно­ сти рабочего слоя. Причина: несоосность шейки вала и постели под­ шипника, При незначительной несоосности след приработки должен постепенно сместиться к середине подшипника, а блеск по краям — исчезнуть;

4 — односторонний износ гальванического рабочего слоя на всю глубину вследствие чрезмерного перекоса осей вала и постели подшипника;

5 — односторонний износ на верхнем и нижнем вкладышах вслед­ ствие конусности шейки, погрешностей при выполнении ее галтелей, колебаний концевой шейки. На промежуточных подшипниках одно­ сторонний износ недопустим, требуется шейки калибровать. На концевых подшипниках односторонний износ допускается, если раскепы кривошипов находятся в допустимых пределах;

6 — двусторонний след приработки на обоих вкладышах вслед­ ствие кромочных нагрузок с обеих сторон подшипника при непра­ вильной форме шейки вала или постели. После ее исправления вкла­ дыши можно использовать, если нет полного износа рабочего слоя на их краях;

7 — локальный след приработки через непродолжительное вре­ мя вследствие неточности формы шейки или вкладыша. Вкладыш не является дефектным, если с течением времени след приработки ис­ чезает;

345

■ i*'''r-

. Ш - ;

/4

1

346

8 — местный износ в виде резко очерченного блестящего пятна через непродолжительное время работы. Причина —• наличие ино­ родной частицы между постелью и вкладышем или чрезмерное вы­ ступание фиксирующего штифта. На спинке вкладыша в таких слу­ чаях обычно имеется отпечаток. Если местное возвышение меньше толщины рабочего слоя, то с течением времени блеск исчезнет, если больше — есть опасность задира шейки и необходимо устранить причины местного давления на спинку вкладыша;

9 — односторонний износ в районе разъема на обоих вкладышах с разных бортов из-за смещения крышки подшипника. В районе разъема кромки вкладыша снимают масляную пленку и есть опас­ ность задира шейки. Дефект сборки должен быть немедленно устра­ нен, а вкладыши с большим износом заменены;

10 —• двусторонний износ в районе разъема из-за недостаточ­ ного зазора. Необходимо проверить зазор и размеры постели под­ шипника. Вкладыши с большим износом заменить;

11 —- полосообразный износ посредине вкладыша вследствие наработки на шейке вала или недостаточного скругления кромок смазочного отверстия. Необходимо устранить дефект шейки, а вкла­ дыши с большим износом заменить;

12 — следы приработки по краям смазочной канавки в случае неточности изготовления вкладыша. Необходимо устранить натир по краям канавки во избежание нарушения подвода масла;

13 — диагонально расположенные следы приработки или износ рабочего слоя вследствие неравномерной затяжки подшипника или неравномерного «развала» вкладыша. Вкладыши с большим износом или неодинаковым по ширине развалом подлежат замене;

14 — наволакивание металла рабочего слоя по направлению вра­ щения шейки. Металл «размазан», особенно в середине нагружен­ ной зоны. Спинка вкладыша обычно имеет черный цвет от нагара масла или цвета побежалости. Развал вкладыша отсутствует или имеет отрицательное значение (края загнуты внутрь). Причина — работа в режиме полусухого трения из-за недостаточного прокачи­ вания дизеля маслом перед пуском, высокой температуры масла или повышенной шероховатости шейки вала. Дефекты шейки необходи­ мо устранить, а вкладыш заменить.

Под усталостью рабочего слоя вкладыша (баббитового, бронзо­ вого, алюминиевого, гальванического) понимается возникновение в нем трещин по любой причине. По мере увеличения количества и длины трещин на поверхности подшипника вначале образуется сет­ ка «булыжник». Затем происходит вымывание отдельных отстав­ ших кусочков металла, эрозионное расширение трещин и на по­ верхности образуются каналы, напоминающие следы жука-короеда (эффект «короеда»).

Наиболее часто трещины возникают в баббитах с относительно небольшим пределом усталости. Предел усталости свинцовистых бронз значительно выше, и трещины в бронзовой заливке по этой

347

причине не возникают. Причиной образования трещин и «короеда» в заливке из свинцовистой бронзы являются локальные перегревы вкладыша подшипника. При повышении температуры достигается предел текучести свинца» и он выдавливается из сплава на поверх­ ность рабочего слоя. Шейка подшипника начинает работать по чис­ тому свинцу, и температура снижается. По мере изнашивания и уно­ са свинца с поверхности вкладыша обнажаются кристаллы меди, в режиме полусухого трения вновь повышается температура, и про» цесс повторяется. После определенного числа циклов содержание свинца в поверхностном слое бронзы значительно снижается, а меж» ду кристаллами меди образуются микропоры. При высоких нагруз­ ках эти поры сжимаются, происходит пластическая деформация кри­ сталлов меди с образованием микротрещин, которые постепенно развиваются в видимые трещины.

У многослойных вкладышей без разделительного слоя никеля возможны отслоение и выкрашивание гальванического рабочего слоя» Причиной может быть и чистая усталость материала» но чаще всего это происходит вследствие диффузии олова из гальваническо­ го слоя в бронзу с образованием медно-оловянистых кристаллов, ко­ торые снижают прочность соединения гальванического слоя и брон­ зы (скорость диффузии резко возрастает с повышением температуры вкладыша подшипника).

Рассмотрим характерные примеры образования трещин в ра­ бочем слое вкладыша подшипника (см. рис. 15.9):

15 — редкие незамкнутые трещины в рабочем слое. П ричины - превышение усталостной прочности баббита или гальванического слоя, перегрев рабочего слоя из бронзы. За подшипником требуется

вкладыша в районах смазочных отверстий и канавки в постели йодшипника; на спинке вкладыша виден характерный отпечаток; вкладыш подлежит замене;

20 — трещины типа «булыжник» и «короед» в районе разъема. Причина — дефект монтажа (сдвиг крышки подшипника, слабая или неравномерная затяжка болтов), вызывающий циклические деформации вкладыша в этом районе. На спинке вкладыша в соот­ ветствующем месте может наблюдаться фреттинг-коррозия. Вкла­ дыш желательно заменить.

Химическая коррозия рабочего слоя вкладыша подшипника вы­ зывается наличием в масле кислот, щелочей, воды и солей. В резуль­ тате окисления и вымывания свинца из сплава поверхностный слой баббита становится рыхлым и пористым (легко снимается ногтем), несущая способность подшипника резко снижается и возрастает из­ нашивание. При корродирований свинцовистой бронзы в поверхно­

348

стном слое остаются кристаллы меди и его структура становится та­ кой же, как при усталости материала. Поэтому установить истин­ ную причину дефекта можно только с помощью специальных метал­ лографических исследований»

Многослойные вкладыши подшипников с гальваническим рабочим слоем при нормальных условиях эксплуатации обычно не кор­ родируют (благодаря добавлению в сплав олова или индия). Корро­ зия возникает при повышенной температуре масла; по краям обла­ сти изнашивания появляются темные пятна с шероховатой или слег­ ка пористой поверхностью. Затем вследствие износа пятна снимают­ ся и появляется блестящий слой; в этом случае наблюдается повы­ шенное изнашивание, хотя первопричиной является коррозия. Для нредотвр ащения коррозии подшипников необходим регулярный контроль качества смазочного масла.

Характерный пример химической коррозии рабочего слоя вкла­ дыша подшипника показан на рис. 15.9, вид 21.

Вкладыши подшипников дизель-генератор ов иногда подверга­ ются электрокоррозии из-за наличия разности потенциалов (не менее 0,03 В) между валом и подшипником и возникновения блуж­ дающих токов при недостаточном заземлении подшипника. При этом на рабочей поверхности вкладыша появляются шероховатые пйтна в виде шрамов и рубцов, расположенных под некоторым углом к на­ правлению вращения вала (рис. 15.9, вид 22),

Риски и царапины обычно возникают при загрязнении масла. Частицы загрязнений размерами меньше масляного зазора и твер­ достью, меньшей твердости рабочего слоя вкладыша, потоком масла уносятся через зазор и на состояние подшипника заметного влияния не оказывают.. '

Частицы размерами больше масляного зазора и твердостью, рав­ ной или большей твердости рабочего слоя, увлекаются вращающей­ ся шейкой и царапают трущиеся поверхности до тех пор» пока не вдавятся в рабочий слой подшипника. Риски и царапины могут так­ же образоваться вследствие коррозии шейки вала, когда здесь об­ разуются язвины с острыми кромками.

На рис. 15.9, вид 23 показаны круговые риски и царапины, вы­ званные частицами загрязнений в масле. Риски иногда заканчива­ ются блестящим светлым кольцом вокруг черной точки; края рисок также могут иметь блестящие светлые полосы. Точка в светлом коль­ це в конце риски — это место внедрения инородной частицы. При вдавливании частицы в рабочий слой по краям металл вытесняется, а затем сглаживается шейкой вала; эти сглаженные края и выгля­ дят в виде блестящего кольца. Вкладыш подлежит замене, если ши­ рина рисок превышает 1 мм и они достигли слоя бронзы или алюми­ ниевого сплава.

Стреловидные повреждения рабочего слоя являются следствием внедрения в рабочую поверхность вкладыша частиц азотированной

34§