Раздел 3 Проблемы и пути их решения

1. Обработка шеек коленчатого вала на судне

В настоящее время имеется несколько хорошо проверенных на практике способов ремонта рамовых шеек путем их опиливания в судовых условиях. Рассмотрим один из этих способов, а именно: опиливание шеек по контрольным рискам. Контрольные риски, необходимые при этом способе, наносят по обоим концам каждой рамовой шейки на расстоянии 5 – 10 мм от галтелей. За базовые поверхности при нанесении контрольных рисок принимают обычно места посадки шестерни привода газораспределения и нерабочие участки противоположного конца вала, имеющие правильную цилиндрическую форму.

По базовым местам изготавливают временные вкладыши ( фальш – подшипники ) и из гнезд фундаментной рамы удаляют вкладыши всех рамовых подшипников. В постели крайних подшипников устанавливают временные вкладыши, на которые опирается вал своими базовыми местами (рис 2.0)

Рис 2.0 Установка коленчатого вала перед нанесением рисок

Для предотвращения прогиба вала применяют промежуточные опоры, которыми служат регулируемые центрирующие кольца ( рис 2.1) Кольца изготавливают из стали. Каждое кольцо состоит из двух частей, скрепляемых болтами 5.

Рис 2.1 Центрирующее кольцо

Половинки колец фиксируются призонными штифтами 2. Наружный диаметр кольца равен диаметру постели рамы с учетом зазора на скользящую посадку, а внутренний диаметр несколько больше диаметра соответствующей рамовой шейки. Для регулирования положения кольца относительно шейки в него ввернуты регулировочные винты 3 и 4.

От проворачивания кольца относительно шейки вала предохраняет штифт, один конец которого входит в радиальное отверстие 1 кольца, другой – в отверстие вала для повода смазки. Таким образом, кольцо вращается вместе с валом. Число таких колец определяют в зависимости от числа кривошипов коленчатого вала. Для шестиколенчатого вала их должно быть не менее двух, для восьмиколенчатого – трех.

Перед нанесением на шейках контрольных рисок для опиливания коленчатый вал со свободно недетыми центрирующими кольцами укладывают базовыми поверхностями на временные крайние вкладыши.

В кривошипах, расположенных между центрирующими кольцами, устанавливают индикаторы для определения раскепов. Поворотом коленчатого вала два средних колена устанавливают в В.М.Т, после чего шкалу каждого индикатора ставят на нуль. Затем вал поворачивают на 180˚ так, чтобы средние колена встали в В.М.Т, и записывают показания индикаторов. С помощью стропов подъемного устройства, не снимая индикаторов, вал приподнимают за средние шейки так, чтобы показания индикаторов уменьшилось ровно вдвое. В таком положении середина вала не будет провисать и ее шейки будут соосны с базовыми; при этом центрирующие кольца, лежащие наружными поверхностями на постелях, не должны касаться своими внутренними поверхностями шеек.

С помощью регулировочных винтов стопорят центрирующие кольца так, чтобы щуп 0,03 мм не мог проходить между постелью и наружной поверхностью кольца. После этого, ослабив стропы, вал поворачивают на 180˚ и завинчивают до упора винты, ранее находящиеся с нижней стороны кольца. Зафиксировав кольца, вновь проверяют раскепы. Если раскепы превысят 0,0001 хода поршня, регулировку повторяют.

До нанесения рисок проверяют биение каждой рамовой шейки в двух сечениях на расстоянии 5 – 10 мм от галтелей. Показания индикатора записывают в таблицу через каждые 45˚ поворота вала. Риски наносят резцом с помощью приспособления, которое устанавливается на фундаментную раму над шейкой и закрепляется на шпильках рамового подшипника (рис 2.2).

Резец, закрепляемый в приспособлении, имеет две режущие кромки; одна наносит риску в начале галтели, а вторая – на рабочей части шейки на расстоянии 5 – 10 мм от первой. Поворотом коленчатого вала шейка устанавливается наибольшей выработкой вверх. Резец закрепляют в приспособлении так, чтобы он касался режущими кромками поверхности шейки, и проворачивают вал 2 – 3 раза. На поверхности шейки образуются две четкие риски, наибольшая глубина которых в зависимости от эллиптичности может быть 0,3 – 0,6 мм.

Рис 2.2 Приспособление для нанесения рисок на рамовых шейках

Затем резец освобождают и поворачивают на 180˚. Таким же способом наносят риски на другой стороне шейки и последовательно на всех остальных рамовых шейках. Затем вал поднимают, снимают центрирующие кольца и укладывают на бруски.

Опиловку производят полосками на дуге 30 – 40˚. Сначала опиливают участки на внутренними рисками, не переходя за крайние, чтобы не врезаться в галтель. Затем опиливают всю поверхность между крайними рисками, примыкающими к галтелям. Прямолинейность образующей проверяют ребром контрольной линейки на краску. Длина контрольной линейки должна быть несколько меньше длины между галтелями. Диаметр шейки в разных сечениях следует проверять микрометрической скобой. Ориентируясь по рискам, световому зазору между шейкой и ребром контрольной линейки, а также по отпечаткам краски производят опиловку всей поверхности шейки. При этом коленчатый вал по необходимости следует поворачивать. Опиливание заканчивают, когда крайние риски будут едва различимы, а эллиптичность и конусность будут находиться в допустимых переделах.

После опиловки поверхность состоит из множества граней. Граненность удаляют с помощью калибра, расточенного в виде подшипника, из двух стягиваемых половин. Внутреннюю поверхность кондуктора покрывают краской, после чего его надевают на шейку и несколько раз проворачивают на дуге 45 – 60˚. Опиливая окрашенные места личным напильником, удаляют грани. Заканчивают работу, когда на 1 см² будет не менее одного пятна.

После обработки цилиндрической части шейки опиливают галтели личным полукруглым напильником. Контролируют опиловку галтелей личными полукруглым напильником. Рамовые шейки шлифуют после опиливания галтелей мелким наждачным полотном, смоченным в масле. Удобно производить шлифование при помощи специального приспособления, состоящего из двух скоб, соединенных шарниром. Между скобами закрепляют дубовые вкладыши. К нижней скобе прикрепляют вкладыш неподвижно, а в верхней скобе между планками устанавливают подвижной вкладыш, который прижимается к шейки вала винтом. Между вкладышами и шейкой вала зажимают наждачное полотно и производят шлифование.

Шлифовать рамовые шейки на судне можно с помощью оригинального переносного станка конституции Л. С. Владимирова (рис 2.3). Этот станок монтируют на фундаментной раме двигателя с помощью стоек, которые устанавливают по обе стороны коленчатого вала.

Рис 2.1 Станок для шлифования

2. Правка коленчатых валов

Перед шлифованием шеек коленчатый вал подвергают правке.

Чтобы установить величину и направление прогиба, деталь укладывают на призмы пресса на вторую и восьмую коренные шейки и с помощью индикатора измеряют биение коренных шеек. Величину и направление прогиба вала отмечают мелом на щеках вала.

Искривления коленчатых валов вызываются остаточными напряжениями в металле из-за:

1. холодной правки под прессом;

2. поверхностной термической обработки и

3. механической обработки со снятием неравномерных припусков.

При эксплуатации вала остаточные напряжения под действием переменных нагрузок снижаются. Изменение распределения напряжений может также вызвать деформации вала.

В результате правки коленчатых валов при ремонте обеспечивается:

1. увеличение числа ремонтов и общий срок службы вала, так как при шлифовании правленого вала снимается минимальный слой металла;

2. уменьшение трудоемкости механической обработки вала и расходования абразивных кругов.

На ремонтных предприятиях применяют два способа правки коленчатых валов:

1. внешним статическим усилием под прессом и 

2. местным наклепом щек.

Основной недостаток правки коленчатых валов под прессом следующий. Под действием изгибающей силы, приложенной к одной шейке, происходит местная пластическая деформация в наиболее податливом месте и сосредоточение остаточных напряжений у галтелей; это вызывает снижение усталостной прочности. Поэтому этот способ правки применяют лишь при значительном прогибе коленчатых валов, имеющих достаточный запас прочности; коленчатые валы с малым прогибом править под прессом не рекомендуется.

Коленчатые валы дизелей типа B2-300 и Д6, имеющие прогиб более 0,3 мм, правят под прессом по схеме, показанной на рис. 3.4.

В том случае, если прогиб коренных шеек вала расположен в одном направлении и имеет наибольшее значение у четвертой (IV) или пятой (V) коренных шеек, вал устанавливают на призмы второй (II) и восьмой (VIII) опоры (рис. 3.4, а) и правят, прилагая нагрузку к пятой (V) шейке. Призмы сделаны разъемными. Подставка призмы имеет широкую опорную площадку и боковые щеки. В отверстие одной из них ввернут фиксатор, входящий в гнездо бруса пресса.

Верхняя часть призмы представляет собой отдельную деталь и может наклоняться относительно нижней подставки на небольшой угол до выбора зазора между ними с одной из сторон. При такой конструкции призма разгружается от горизонтальной составляющей  усилия,  возникающего при правке вала. Если прогнуты отдельные участки вала и стрелы прогиба имеют разные направления, то вал правят в два приема. Прогиб передней части вала устраняют, приложив нагрузку к третьей (III) шейке при установке детали на первую (I) и пятую (V) шейки (рис. 3.4, б). Чтобы выправить вторую половину, вал укладывают на четвертую (IV) и восьмую (VIII) коренные шейки, а нагрузку прилагают к шестой (VI) шейке (рис. 3.4, в).

Рис. 3.4. Схема правки вала: а - правка при прогибе коренных шеек в одном направлении; б — правка первого учлетка вала; в — правка второго участки вала.

Вал нагружают таким образом, чтобы oн прогнулся в обратном направлении на 3 мм. После снятия нагрузки вновь проверяют индикатором биение всех шеек вала. В случае надобности деталь правят повторно, увеличивая упругий прогиб до 5 мм.

Ввиду упругости вала величину обратного прогиба принимают в 10—15 раз больше устраняемого. Под нагрузкой пресса вал выдерживают 1—2 мин.

После правки вал подвергают магнитному контролю на отсутствие трещин.

Для уменьшения изменения формы правленого вала в процессе эксплуатации и при хранении прибегают к следующим мероприятиям:

1. детали выдерживают для обеспечения естественного старения;

2. при правке вала применяют небольшой обратный компенсирующий прогиб;

3. применяют низкотемпературный отпуск.

Когда величина прогиба уменьшается до 0,3 мм, окончательную правку выполняют методом наклепа щек. Наклон производят по щекам в местах, показанных на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Схема правки выа методом наклепа щек: а—б, c—d — оси шеек до правки; a'-b', с'—d' — оси шеек после правки.

При наклепе щек используют специальную угловую надставку к пневматическому молотку (рис. 3.5). Разрезной корпус 1 зажимают винтами на шейке молотка. Его ударник действует на боек 3, посаженный на ось 2. Конец молотка свободно входит между щеками вала. Боковой выступ бойка ударяет по щеке вала.

При правке наклепом деформация вала происходит не в зоне концентрации рабочих напряжений. После правки усталостная прочность валов почти не изменяется. Вследствие весьма малых деформаций щек в детали наблюдаются незначительные смещения, и поэтому повышается точность правки.

Кроме того, обеспечивается большая устойчивость полученной правкой формы оси вала. Необходимая остаточная деформация для устранения биения вала может быть получена суммированием деформаций, вызванных наклепом на нескольких щеках. Oсь вала получается плавная, без изломов.

Рис. 3.6. Надставка к пневматическому молотку для правки коленчатого вала.

Коленчатые валы с пространственно изогнутой осью (с биением в нескольких плоскостях) подразделяют на две группы:

Первая группа — плоскости кривизны в отдельных шейках смещены одна относительно другой на угол не более 45°. Правку таких валов производят в средней плоскости, в сечении с наибольшим биением.

Вторая группа — плоскости кривизны смещены одна относительно другой на угол более 45°. Правку валов этой группы производят последовательно в обеих плоскостях искривления, начиная с большей величины искривления.

После правки биение коренных шеек и шеек носка вала должно быть не более 0,1 мм и биение хвостовика — до 0,08 мм.

ВЫВОД

Обработка коленчатого вала на судне в настоящее время имеется несколько хорошо проверенных на практике способов ремонта рамовых шеек путем их опиливания в судовых условиях. Рассмотрим один из этих способов, а именно: опиливание шеек по контрольным рискам. Контрольные риски, необходимые при этом способе, наносят по обоим концам каждой рамовой шейки на расстоянии 5 – 10 мм от галтелей. За базовые поверхности при нанесении контрольных рисок принимают обычно места посадки шестерни привода газораспределения и нерабочие участки противоположного конца вала, имеющие правильную цилиндрическую форму.

Ремонт на судне довольно трудоемкий, но эффективный способ ремонта коленчатого вала.

Искривления коленчатых валов вызываются остаточными напряжениями в металле из-за: холодной правки под прессом; поверхностной термической обработки и механической обработки со снятием неравномерных припусков.