2.3 Определение износов коленчатого вала

Рамовые и кривошипные шейки коленчатых валов валов изнашиваются неравномерно. В результате износа шейки приобретают эллиптическую и конусную форму. Поэтому, для установления характера износа замеры шеек необходимо производить в двух диаметрально противоположных положениях и по длине шейки в трех положениях. Замеры по диаметрам дают возможность установить эллиптичность, а замеры по длине шейки конусность. Замеры производятся микрометрической скобой, начиная с кормовой шейки вала (см. рис 1.16). Кривошипные шейки обмеряют при положении кривошипа в верхней мертвой точке. Обмеры, производимые в крайних сечениях каждой шейки делаются на расстоянии 10 – 80 мм от галтели.

Эллиптичность каждой шейки определяется как разность между максимальным и минимальным диаметрами шейки, т. е. разность между замерами (а, в, с) и (x, y, z) . В графу таблицы вносится наибольшая эллиптичность на трех замеров. Конусность определяется как разность между двумя крайними размерами шейки, т. е. между «а» и «с» и между «x» и «z». В графу вносится наибольшая конусность на двух замеров.

№ шеек	Диаметр по сечениям мм							эллиптичность		конусность
	В вертикальной плоскости			В горизонтальной плоскости
	а	в	с	x	y	z	мм		мм
1	229,80	229,90	229,90	229,95	229,95	229,85	0,15		0,10
2	229,93	229,92	229,86	229,80	229,86	229,90	0,13		0,10
3	229,82	229,90	229,91	229,94	229,88	229,85	0,12		0,09
4	229,80	229,88	229,90	229,85	229,86	229,95	0,05		0,10

Эллиптичность определяют как разность диаметров в одном сечении: Э = D_max – D_min = a – x; в – y; c – z.

Конусообразность — как разность диаметров в одной плоскости: K = = D_max – D_min = a – c; x – z.

2.4 Определение просадки и упругого прогиба коленчатого вала

Упругий прогиб вала. При рассмотрении погнутости вала мы имели дело с прогибом вала, получавшимся в результате остаточной деформации. Однако при неправильной пригонке или неодинаковом износе рабочей поверхности нижних вкладышей рамовых подшипников вал может подвергаться во время работы упругим беспрерывным изгибам то в одну, то в другую сторону, приобретая по окончании действия изгибающих усилий свою первоначальную форму, зависящую только от статического действия сил. Длительное повторение упругих деформаций прогиба приводит к появлению усталости металла и в результате - к возникновению и развитию усталостных трещин, которые могут вызвать, в конце концов, поломку вала.

Из сказанного следует, что при наличии подобного изгиба оси вала усталость металла проявиться, скорее всего, у высокооборотных двигателей, так как у них произойдет за единицу времени большее количество изгибов вала. Поэтому при ремонте высокооборотных двигателей предъявляются особенно жесткие требования в отношении укладки коленчатого вала.

У большинства двигателей можно проверить ось коленчатого вала, т.е. определить наличие возможного упругого прогиба его в процессе эксплуатации судна. В этом случае задача сводится к определению положения рамовых подшипников коленчатого вала, т.е. к определению просадок рамовых подшипников. Тем самым учитывается, что одна только проверка прилегания вала к рамовым подшипникам не дает еще основания считать, что вал равномерно нагружает все подшипники. Он, находясь даже под статическим действием одних сил собственного веса, может прогибаться так, что не будет касаться всех рамовых подшипников. Поэтому правильнее считать, что упругий прогиб коленчатого вала определяется величиной просадок его рамовых подшипников и шеек и тем самым, будет зависеть от износа последних.

При нормальных условиях работы двигателя неравномерность износа (просадки) отдельных рамовых подшипников вызывается разной по величине рабочей нагрузкой, приходящейся на них. Например, крайний (носовой) подшипник испытывает нагрузку лишь от работы одного цилиндра, тогда как на второй подшипник действует нагрузка от двух смежных цилиндров, что ведет к более интенсивному его износу.

К сказанному можно еще добавить, что при проверке зазоров в рамовых подшипниках можно узнать только величину зазора между верхним вкладышем и валом, но не то, какая доля этого зазора приходится на износ нижнего вкладыша, приводящего именно к проседанию вала.

Единственным критерием величины упругого прогиба вала принято считать просадку его на рамовых подшипниках, точнее, величину просадок этих подшипников (рамовых шеек) вала.

Таким образом, в процессе эксплуатации и ремонта производится определение просадки вала путем проверки положения рамовых шеек контрольными скобами и определение расхождения щек коленчатого вала снятием раскепов.

Проверка просадки вала контрольной скобой состоит в следующем.

Рис.2.2 Проверка положения рамовой шейки просадочной скобой

Скобу устанавливают над рамовой шейкой у замков крышки подшипника (рис.2.2). Замеряя расстояние а между язычком скобы и шейкой вала и сравнивая этот размер с размером, полученным ранее, определяют величину просадки оси коленчатого вала в вертикальной плоскости. Замеряя расстояние б, проверяют возможное отклонение оси вала в горизонтальной плоскости, т.е. с борта на борт. Число таких замеров должно быть не менее двух на всей длине каждой рамовой шейки.

Обычно двигатель имеет для рамовых подшипников контрольные скобы, изготовленные заводом-строителем, на которые набивают цифры замеров, полученные после заводской укладки вала. Замеры, полученные в процессе эксплуатации, сравниваются с заводскими и таким образом определяются изменения в положении коленчатого вала. При ремонте рамовые подшипники не всегда перезаливаются. Поэтому при проверке вала и шабровке подшипников замеры, снятые скобой, не будут равны замерам, указанным на скобе, но должны быть обязательно им пропорциональны.

Выявление упругого изгиба вала по расхождению щек мотыля основано на определении изменения расстояний между щеками мотылей коленчатого вала, т.е. на измерении раскепов.

Рис2.3 Схема измерения раскепов между щеками мотылей коленчатого вала

а- раскепы со знаком (+), б- раскепы со знаком (-).

Наличие раскепа (рис.2.3) указывает на прогиб оси вала. Если середина вала будет лежать ниже крайних подшипников, то при верхнем положении шатунной шейки щеки мотыля разойдутся, (рис.2.3,а) и наоборот, если концы вала будут лежать ниже средних подшипников, то щеки разойдутся при нижнем положении мотыля (рис.2.3,б). Следовательно, по расхождению щек можно судить о направлении деформации вала в районе данного мотыля.

Так, если расстояние между щеками мотыля в верхней мертвой точке больше, чем в нижней, то ось вала изгибается выпуклостью вниз. В этом случае раскеп принято считать положительным, и пишется он со знаком плюс (+). Если расстояние между щеками мотыля в нижней мертвой точке больше, чем в верхней, то ось вала изгибается выпуклостью вверх - раскеп отрицательный и имеет знак минус (-). Если раскеп имеет положительный знак, то подшипники данного мотыля должны быть подняты, если отрицательный - опущены. Раскепы измеряют микрометрическим штихмасом (с точностью до 0,01 мм) или индикатором (рис.2.4). Точки, между которыми производится замер, должны находиться посередине оси щек и отстоять от оси вала на расстоянии, равном радиусу шейки. Для того чтобы были видны изменения раскепов при последующих проверках по сравнению с предыдущими, точки, между которыми производятся замеры, должны быть одними и теми же.

Рис. 2.4. Индикатор для измерения раскепов.

Поэтому в документации к проверке записываются положения точек замеров или прилагается эскиз с указанием мест их расположения. Замеры производятся при четырех положениях мотыля 0, 90, 180, 270. Если проверка ведется индикатором, то при проворачивании вала его рекомендуется оставлять на месте.

Во время поворота колен вала при измерении раскепа индикатор удерживается только силой трения, возникающей от давления пружины индикатора. Не следует дотрагиваться до индикатора и поворачивать его во время снятия показаний. Показания индикатора при повернутом вниз циферблате можно прочесть с помощью зеркальца.

Если кривошипно-шатунный механизм двигателя собран, то при замерах раскепа мотыль несколько не доводят до верхней и нижней мертвых точек, т.к. при положении мотыля точно в н. м. т., а затем 90, 195 и 270. Штихмас нужно снимать после каждого замера.

Рис. 2.5. Номограмма раскепов коленчатого вала

Для решения вопроса о допустимости величины измеренного раскепа можно пользоваться номограммой раскепов коленчатых валов (рис.2.5).

Просадка коленчатого вала может быть изображена в виде кривой (рис.2.6). На этой номограмме показано влияние веса движущихся частей на ось коленчатого вала при навешенном механизме движения. Если при снятом механизме движении раскепы коленчатого вала резко изменились, это указывает на не плотность прилегания шеек вала к рамовым подшипникам. При укладке вала следует составлять подобную номограмму и руководствоваться ею при выравнивании оси коленчатого вала во время последующих ремонтов.

Рис.2.6. Номограмма просадки коленчатого вала

Проверка положения вала по раскепам - обязательная операция, т.к. она является главным средством для выявления деформации вала и рамы двигателя.

При определении просадки и упругого прогиба коленчатого вала соблюдать правила техники безопасности, которые необходимо выполнять при разработке и ремонте двигателя.

Пол лаборатории должен быть чистым и сухим.

Гаечные ключи должны быть подобраны по размеру гаек.

Перед началом работы по определению раскепов у валоповоротного механизма двигателя выставляется страхующий курсант, который наблюдает за работой и перед проворачиванием вала дает команду «От двигателя!» «Начинаем проворачивание!». Затем, убедившись что все отошли, разрешает проворачивание.

В судовых условиях обычно раскепы определяют при навешанном движении. При этом мотыль в В.М.Т. приходится смещать приблизительно на 15˚ по ходу вращения, т.е. замер делают в Н.М.Т. при угле поворота 195˚.Соответственно в В.М.Т. мотыль ставят в положение 15˚ (т.е. он устанавливается в противоположное на 180˚ положение). Это делается потому, что при навешанном движении произвести замер между щеками мотыля в Н.М.Т. не представляется возможности (мешает шатун).

В судовых условиях вместе с заполнением таблицы должны быть записаны следующие записи:

1. Температура машинного отделения.

2. Длина штихмасса и его номер.

3. Обмер произведен при движении.

4. Наличие на судне груза.

5. Осадка судна.

6. Время года.

7. Дата.

8. Дифферент.

Диаметр вала в мм.	Раскеп в мм.
300 – 500	0,05
150 – 300	0,02-0,04

Допускаемые значения раскепов:

Допустимые раскепы определяются по номограмме Регистра СССР и составляют 0,00015 мм от хода поршня. Расхождение щек не должно превышать 0,0001 мм от хода поршня. При таком расхождении желательно произвести переукладку вала. Если расхождение щек превышает 0,00025S, то эксплуатацию двигателя нужно признать недопустимой.

Рамовые и кривошипные шейки коленчатых валов валов изнашиваются неравномерно. В результате износа шейки приобретают эллиптическую и конусную форму. Для определения эллиптичности и конусности замеры шеек необходимо производить в двух диаметрально противоположных положениях и по длине шейки в трех положениях. Замеры по диаметрам дают возможность установить эллиптичность, а замеры по длине шейки конусность. Длительное повторение упругих деформаций прогиба приводит к появлению усталости металла и в результате - к возникновению и развитию усталостных трещин, которые могут вызвать, в конце концов, поломку вала. Проверка положения вала по раскепам - обязательная операция, т.к. она является главным средством для выявления деформации вала и рамы двигателя. При определении просадки и упругого прогиба коленчатого вала соблюдать правила техники безопасности, которые необходимо выполнять при разработке и ремонте двигателя.