Шатунно-поршневая группа дизеля – текущий ремонт ТР3 тепловоза ТЭ3
После демонтажа шатунно-поршневой группы и ее разборки шатунные вкладыши осматривают, промеряют и ремонтируют аналогично вкладышам коленчатых валов. Поршни очищают от нагара, особенно тщательно полость масляного охлаждения и отверстия маслоподводящих и маслоразводящих каналов. Запрещается очистка наружной (луженой) поверхности косточковой крошкой. Канал в шатуне очищают волосяным шомполом. Все детали цилиндро-поршневой группы измеряют и составляют дефектную ведомость.
На поршнях, бывших в эксплуатации, длительное время проверяют второй ручей компрессионных колец ультразвуковым дефектоскопом для выявления трещин. При отсутствии ультразвуковых щупов используют маг-
нитный дефектоскоп. В поршнях тщательно осматривают днище со стороны масляной полости охлаждения.
После осмотра и ремонта приступают к сборке поршней с шатунами, соблюдая при этом следующие требования:
на поршнях восстанавливают полуду на юбке поршня, а хромовое покрытие на головках поршней не должно быть нарушено;
прокладки не должны иметь короблений;
верхнее (первое) компрессионное кольцо заменяют новым независимо от его состояния; поршневые кольца должны иметь зазор в замке в рабочем состоянии в пределах чертежа.
Пружины ползушки поршня, имеющие высоту в свободном состоянии менее 27 мм, заменяют. Разрешается исправление пружин термообработкой до чертежных размеров 30—33 мм в свободном состоянии и не менее 20 мм под нагрузкой 132 — 172 Н (13,5— 17,5 кгс). Ползушку заменяют в случае трещин на ее сферической притертой поверхности. Натиры и мелкие риски на притертой поверхности ползушки тщательно зачищают, после чего ползушку притирают по сферической поверхности шатуна с применением пасты. Прилегание шириной не менее 4 мм непрерывно по кольцу.
При осмотре шатуна выявляют возможные трещины. Измеряют и определяют овальность и конусность отверстия нижней головки шатуна. Овальность измеряют только при затянутых болтах по меткам. Шатун, имеющий диаметр отверстия нижней головки более допускаемого значения, заменяют.
Шатунные болты проверяют дефектоскопом. Болты, имеющие трещины в любой части, а также изъяны в резьбовой части (срыв ниток, неправильный профиль и др.), заменяют комплектно с гайками. Гайки шатунных болтов необходимо перетянуть и нанести новые метки. Для этого собирают шатун с крышкой без вкладышей, вставляют болты и провертывают вручную на них гайки, предварительно смазав резьбу болта.
Затем завертывают гайки до упора ключом с рукояткой длиной 250— 300 мм. Проверяют плотность в стыке крышки с шатуном (щуп 0,03 мм не должен проходить). Наносят карандашом совпадающие метки на гранях гаек и боковой поверхности шатуна или крышки. Затягивают гайки ключом с рукояткой длиной 1 — 1,2 м за 6—8 приемов на 1,5—2 грани от упора, поочередно для обеих гаек по ‘/4 грани за прием. Вставляют шплинты, при несовпадении отверстия под шплинт гайку довертывают (но не отпускают). Наносят новые метки. После этого отвертывают гайки, разбирают шатун и наносят клейма на гайках и болтах по новым меткам.
Зазоры между втулкой головки шатуна и пальцем замеряют. При зазоре более допускаемого, ослаблении втулки в головке шатуна, задирах и трещинах втулку заменяют или восстанавливают. Втулка в отверстие нагретой головки шатуна должна входить свободно, без заеданий. Овальность или конусность бронзовой втулки более 0,08 мм устраняют разверткой с последующей зачисткой шабером внутренней поверхности втулки.
Поршни, вставки и шатуны изготавливают по градациям. Фактическую массу поршней и вставок выбивают на их нижних торцах, а шатуна — в углублении около нижней головки. При комплектовке поршневой группы соблюдают следующие требования:
разница в массе в комплекте
поршней в сборе (поршень-(-вставка) на дизель отдельно по верхним и нижним шатунам должна составлять не более 500 г;
разница в массе в комплекте
шатунов на дизель отдельно по нижним и верхним шатунам не более 300 г и 270 г;
разница в массе в комплекте
поршней в сборе с шатунами на один дизель не более 50 г, для чего сочленить самый легкий поршень со вставкой с самым тяжелым шатуном; следующий по массе поршень (в порядке возрастания) — со следующим по массе шатуном (в порядке
убывания) и, наконец, самый тяжелый поршень комплекта — с самым легким шатуном комплекта. При единичной замене поршня или вставки нового поршня вставка или поршень со вставкой в сборе не должны отличаться по массе от заменяемых более чем на 50 г.
При окончательной сборке деталей шатунно-поршневой группы соблюдают требования: детали должны быть
промыты в керосине и продуты сжатым воздухом, масляные каналы проверены на проход керосина, кольца поршневые устанавливают при помощи приспособления, допускающего разведение кольца в замке на
59 мм; замки колец должны быть разведены на 120° друг относительно друга. Кольца должны свободно проворачиваться в ручьях и иметь необходимые зазоры. Поршни, поршневые кольца смазывают слоем дизельного масла.
Шатунно-поршневая группа
Шатунно-поршневая группа представляет группу деталей кинематической пары – поршень-шатун, играющей важную роль в рабочем процессе дизеля. Деталями этой группы являются: поршень, уплотнительные и маслосъемные кольца поршня; палец, соединяющий поршень с шатуном; шатун и подшипники верхней и нижней головок шатуна.
Поршни дизеля ПД1М (рис. 10) представляют собой цельную отливку из алюминиевого сплава (силумина), коэффициент теплопроводности которого в 4,25 раза больше, а плотность в 2,75 раза меньше, чем у чугуна. Использование материала с высокой теплопроводностью позволило не применять специальное охлаждение поршня. Благодаря большому заряду свежего воздуха, подаваемого в цилиндры дизеля, головки поршней сверху хорошо охлаждаются воздухом, а снизу – брызгами масла при работе дизеля.
Головка поршня выполнена толстостенной с плавным переходом к цилиндрической поверхности. Торец имеет вогнутую поверхность с четырьмя вырезами для размещения головок клапанов при нахождении поршня в верхнем положении. Вогнутая форма поверхности днища способствует лучшему смешиванию распыленного топлива с воздухом и лучшему его сгоранию.
На головке и юбке поршня проточены канавки для размещения уплотнительных и маслосъемных колец. В канавках под маслосъемные кольца просверлены отверстия для стекания масла, снятого со стенок цилиндра кольцами.
В бобышках поршня расположен поршневой палец 4, удерживаемый от осевых перемещений заглушками 5, установленными в отверстиях с натягом.
Поршневые пальцы служат для соединения верхних головок шатунов с поршнями. Они изготовлены из высоколегированных хромоникелевых сталей. Наружная поверхность пальцев цементируется (науглероживается) на глубину 1,2 1,5 мм, шлифуется и полируется. По способу закреп ления в поршне пальцы выполняют неподвижными и плавающими.
Пальцы плавающего типа имеют осевой зазор в соединении с поршнем и смазываются через головки шатунов. У дизеля внутри пальца встав-
Рис. 10. Поршень дизеля ПД1М:
1 – втулка цилиндра; 2, 5 – маслосъемные кольца; 3 – заглушка; 4 – поршневой палец; 6,7 – компрессионные кольца; 8 – поршень лена втулка, развальцованная по концам. Таким образом, между телом пальца и втулкой образуется камера, куда по четырем отверстиям в середине пальца масло поступает из кольцевой канавки втулки головки шатуна. Из камеры масло вытекает на поверхность пальца по восьми отверстиям, расположенным по его концам, а затем масло стекает в картер через прорези в заглушках и по каналам в юбке поршня.
Для обеспечения надежного уплотнения поршня в цилиндре на поршне устанавливают четыре уплотнительных компрессионных колыщ 6, 7, а для регулирования подачи масла к трущимся поверхностям втулки цилиндра-три маслосъемных кольца (одно маслосъемное кольцо расположено в верхней части поршня, а два – в нижней). Весь комплект колец служит для уплотнения надпоршневого пространства и ограничения потерь масла «на угар». От конструктивно-технологических особенностей поршневых колец, а также от состояния их в эксплуатации экономичность дизелей по расходу масла может меняться в 5-10 раз. Кольца поршней дизеля изготавливают из высокопрочного легированного чугуна. Трапецеидальные кольца поршней покрыты пористым хромом, что повышает срок службы в 3-4 раза и уменьшает износ цилиндровых втулок. Пара колец прямоугольного сечения с коническим скосом для улучшения приработки покрыта тонким слоем полуды.
Кольца (рис. 11) ставят в канавки поршней с определенным зазором; при этом малый зазор может привести к заеданию кольца в канавке и ухудшению его уплотнительных свойств, а увеличенный – повышает насосное действие колец. Для снятия и установки поршневых колец применяют специальное приспособление (рис. 12).
Трапециевидная форма канавок поршня усиливает перемычку между соседними канавками и уменьшает нагар в канавках за счет самоочистки. Форма второй пары уплотнительных колец (рис. 11, а) поршня дизеля – прямоугольная с коническим скосом – обеспечивает повышенное давление за счет узкой цилиндрической поверхности и хороший контакт со стенками цилиндров. Маслосъемные кольца (рис. 11, б) имеют узкую опорную поверхность и большую упругость для создания высокого давления на стенку. Наиболее эффективны коробчатые кольца с двойной скребковой поверхностью, устанавливаемые на поршнях дизелей. У этих колец по периметру канавки профрезированьг двенадцать радиальных сквозных
Рис. 11. Поршневые кольца дизеля ПД1М:
1 – уплотнительное (компрессионное); 2 – маслосъемное пазов. Таким образом, кольцо состоит как бы из двух частей – верхней и нижней, соединенных узкими перегородками, обе части кольца имеют конусный срез в одну сторону, что дает возможность маслосъемному кольцу при движении поршня вверх скользить по маслу, а при движении вниз острыми кромками соскабливать масло со стенок цилиндров.
Поршни с шатунами из блока цилиндров вынимают и разбирают. Поршни после очистки должны иметь белую матовую поверхность. Очищать поршни стальными скребками и шаберами запрещается. Наиболее характерными повреждениями поршня являются: износ ручьев под поршневые кольца, направляющей части поршня, отверстий под поршневой палец, излом перемычек между ручьями.
Трещины в ручьях и перемычках между ними в бобышках поршня допускается устранять газовой или аргонно-дуговой сваркой. Наплавлять
Трещины и раковины в кольцах не допускаются. Зазоры в стыке кольца и между ручьем и кольцом, а также износ маслосрезывающей кромки измеряют. Разрешается доводить высоту кромок маслосрезывающих колец до чертежного размера проточкой на станке при условии, что упругость кольца после этого будет в допускаемых пределах. Трапецеидальные кольца заменяют независимо от состояния.
Поршневые пальцы, имеющие овальность более допускаемых размеров, восстанавливают до чертежного размера хромированием или методом осадки. Чистота и размеры обработанной поверхности поршневого пальца должны соответствовать чертежу на новый палец. Поверхность пальца должна быть отполирована; граненость и следы шли-
Рис. 13. Индикаторное приспособление для измерения утопання трапецеидального кольца в ручье поршня дизеля ПД1М:
1 – корпус приспособления; 2 – поршень; 3 – индикатор фовки не допускаются. Разрешается оставлять волосовины (риски) на цементированном слое поршневого пальца.
Шатуны передают усилия, действующие на поршни, шатунным шейкам коленчатого вала дизеля. Они испытывают большие динамические усилия. Изготавливают шатуны из высококачественной легированной стали штамповкой. Шатун дизеля ПД1М (рис. 14) представляет собой фа сонный стержень двутаврового сечения с верхней и нижней разъемной головками. Крышка шатуна 8 крепится к стержню шатунными болтами 4 из хромоникелевой стали. В средней части болты имеют пояски для центровки шатуна и крышки. Поверхность болтов должна быть полированной без каких-либо концентраторов напряжений. Головки болтов – круглые с лысками для удержания от проворачивания при затяжке.
Рис. 14. Шатун дизеля ПД1М:
1 – стержень шатуна; 2 – втулка верхней головки шатуна; 3, 9 – вкладыши подшипников; 4 – шатунный болт; 5 – контрольный штифт; 6 – гайка; 7 – штифт; 8 – крышка шатуна; а – верхняя головка шатуна; б – канал для смазывания; в – нижняя головка шатуна
В верхнюю головку шатуна запрессована бронзовая втулка 2, служащая подшипником для поршневого пальца. По всей поверхности втулки прорезаны наклонные канавки, служащие для равномерного распределения масла по поверхности пальца, в средней части втулки расположена кольцевая канавка и отверстия для подвода масла.
Шатунный подшипник нижней головки шатуна состоит из двух взаимозаменяемых бронзовых вкладышей, залитых слоем баббита толщиной 0,5-0,7 мм и удерживаемых от осевого смещения буртами. От проворачивания вкладыши фиксируются штифтом 8, устанавливаемым в отверстие нижней половинки подшипника. Отверстие в верхнем вкладыше служит для прохода смазки к шейке вала. Около стыков вкладышей с одной и другой стороны выфрезерованы холодильники для создания масляного клина. Вкладыш, устанавливаемый в расточку корпуса шатуна, является наиболее нагруженным и называется рабочим бескана-вочным вкладышем. Его внутренняя поверхность не имеет канавки.
Вкладыш, располагающийся в крышке шатуна, имеет кольцевую канавку и называется нерабочим канавочным вкладышем. В центре канавки просверлено отверстие.
Неисправностями шатуна являются трещины, овальность и конусность отверстия нижней головки шатуна. Овальность нижней головки шатуна измеряют только при затянутых шатунных болтах по меткам. Шатун, имеющий овальность отверстия нижней головки более 0,2 мм (против чертежного размера), заменяют.
Зазор между поршневым пальцем и втулкой верхней головки шатуна измеряют щупом. Втулку, имеющую предельный износ или ослабление в посадке, заменяют. Разрешается восстанавливать втулки путем омеднения или методом осадки. В случае заклинивания или задира поршня в цилиндре, разрушения вкладышей шатунного подшипника измеряют величину скручивания и непараллельности осей отверстий нижней и верхней головок шатуна. Шатуны, имеющие скручивание или непараллель-ность осей отверстий, разрешается править горячим способом.
Шатунные болты проверяют дефектоскопом. Болты, имеющие трещины в любой части, а также изъяны в резьбовой части (срыв ниток, вытянутость, неправильный профиль, дробленность, заусенцы, риски), заменяют. Производить сварочные работы на болтах или проточку болтов до размеров менее чертежных запрещается.
При комплектовании шатунно-поршневой группы для уравновешивания вращающихся масс детали подбирают с таким расчетом, чтобы масса поршня на дизеле отличалась от другого не более чем на 200 г, а комплекта поршня с шатуном – не более чем на 450 г. Массу поршня подгоняют путем удаления металла с его нижней торцевой поверхности, а массу комплекта регулируют подбором шатуна необходимой массы или снятия металла в местах, указанных на чертеже.
При сборке деталей шатунно-поршневой группы должны соблюдаться следующие требования:
• детали должны быть тщательно промыты в эмульсии с применением ПАВ и продуты сжатым воздухом. Допускается окунание в керосин. Проверяется чистота отверстия в шатуне и маслоотводящих отверстий в поршне;
• заглушки поршневого пальца не должны выступать над поверхностью поршня, овальность направляющей части поршня до и после запрессовки заглушек не должна изменяться более чем на 0,08 мм;
• линейная величина камеры сжатия должна проверяться при каждой выемке поршня из цилиндра на плановых ремонтах тепловоза или смене поршня, шатуна, цилиндровой крышки или втулки при неплановых. Линейная величина камеры сжатия должна быть в пределах допускаемых размеров, при этом разномерность этой величины на одном дизеле допускается не более 0,6 мм, а ее регулировка производится за счет съема металла с торца цилиндровой крышки;
• поршневые кольца должны устанавливаться на поршне при помощи приспособления, ограничивающего развод замка. Замки колец должны быть смещены на 120° друг относительно друга, при этом замки двух верхних колец не должны располагаться со стороны впускных клапанов; кольца должны свободно поворачиваться в ручьях поршня. Между ручьем поршня и кольцом должен быть зазор в пределах допускаемых размеров;
• поршни в сборе с шатуном перед опусканием в цилиндр дизеля необходимо продуть сжатым воздухом, поршень и поршневые кольца смазать тонким слоем дизельного масла;
• при ремонте деталей шатунно-поршневой группы запрещается менять местами поршни по цилиндрам на одном дизеле.
Шатунно-поршневая группа вместе с коленчатым валом являются основным рабочим механизмом поршневого двигателя внутреннего сгорания. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала при помощи шатуна, сочлененного шарнирно с верхней головкой поршневым пальцем и нижней головкой с шейкой колена вала. Рабочая полость располагается над поршнем в цилиндре, закрытом крышкой. Поршень – наиболее ответственная и напряженная часть двигателя. Он выполняет следующие функции:
обеспечивает требуемую форму камеры сгорания и герметичность внутрицилиндрового пространства;
передает силу давления газов на шатун и систему цилиндра;
управляет открытием и закрытием окон (выполняет функции золотника).
В процессе работы на поршень действуют механические нагрузки давления газов и сил инерции, а также высокие тепловые нагрузки в период непосредственного соприкосновения его с горячими газами при сгорании топлива и расширении продуктов сгорания. Дополнительно поршень нагревается от трения о стенки цилиндра. При нагреве поршня понижаются механические свойства его материала и возрастают термические напряжения в нем. К тому же ухудшается наполнение цилиндра свежим зарядом, из-за чего уменьшается мощность двигателя, появляются условия для заклинивания поршня в цилиндре, ухудшается работа кольцевого уплотнения. Поршни ДВС, наряду с достаточной прочностью и жесткостью, должны иметь возможно меньшую массу для уменьшения сил инерции, обладать высокой теплопроводностью и износостойкостью. Конструкция поршня должна обеспечивать свободное перемещение его в цилиндре и достаточную герметичность для предотвращения прорыва газа из камеры сгорания в картер и попадания масла со стороны картера в рабочую полость цилиндра, что наблюдается при больших зазорах между кольцом и канавкой поршня. При этом появляется так называемое насосное действие поршневых колец, которое происходит при перекладке зазоров между кольцами и стенками канавок поршня в ВМТ и НМТ.
На наружной поверхности в верхней цилиндрической части поршня имеются канавки для поршневых колец, необходимых для предохранения цилиндра от прорыва газов и попадания смазки из картера в камеру сгорания. Нижняя часть поверхности поршня служит направляющей. Верхнюю часть поршня называют головкой, а направляющую (тронковую) часть – юбкой. На внутренней поверхности юбки поршня имеются бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца.
Поршни изготавливают из стали, чугуна, алюминиевых и магниевых сплавов. На тепловозах применяют поршни в основном чугунные, а также из алюминиевых сплавов.
Чугунные поршни отличаются малым коэффициентом линейного расширения, высокой прочностью и износостойкостью, но имеют большую массу по сравнению с алюминиевыми. Поршни из алюминиевых сплавов обладают меньшей прочностью и износостойкостью, но значительно легче чугунных. Теплопроводность алюминиевых сплавов в 3.4 раза выше, чем у чугуна, поэтому температура днища поршней из алюминиевых сплавов ниже, чем у чугунных поршней. В этой связи в двигателях с поршнями из алюминиевых сплавов улучшается наполнение цилиндра свежим зарядом и уменьшаются затраты энергии на трение поршня о цилиндр вследствие меньшего коэффициента трения алюминиевых сплавов.
Существенным недостатком поршней из алюминиевых сплавов является высокий коэффициент линейного расширения по сравнению с чугунными (примерно в 2.2,5 раза больше, чем у чугуна). Поэтому поршни из этих сплавов устанавливают в цилиндры с большим зазором, который затрудняет пуск дизеля, вызывает стук при работе непрогретого двигателя и на малых оборотах коленчатого вала.
Поршни из алюминиевых сплавов применяются на дизелях ПДШ, Д50, ЗЮБЯ, М750, 1Д12 и др. На дизелях 11Д45, 14Д40 применяются составные поршни, состоящие из тронка, головки и вставки. На дизелях типа Д100 установлены поршни, у которых чугунная головка и тронк отлиты в единую деталь. Поршни дизелей типа Д49 имеют стальную головку, а тронк и вставка их изготовлены из алюминиевого сплава в виде единой детали (рис. 7.12).
Для лучшего охлаждения головок поршней в их днищах с внутренней стороны сделаны канавки, к которым подается масло из верхней головки шатуна через стакан, прижимаемый пружиной к шатуну. Горячее масло по каналу в поршне стекает в картер. В отверстия бобышек тронка устанавливается палец, соединяющий верхнюю головку шатуна с поршнем, на головке которого проточены канавки для поршневых колец.
Поршневые кольца по своему назначению делятся на компрессионные (уплотнительные) и маслосъемные (маслосрезываю-щие). Компрессионные кольца предназначены для уплотнения зазора между поршнем и цилиндром и отвода тепла от поршня.
Маслосъемные (маслосрезывающие, маслосгонные) кольца (рис. 7.13) препятствуют попаданию масла в камеру сгорания. Разрезные кольца прижимаются к стенке цилиндра за счет собственной упругости и давления газов. В период сгорания топлива силы от давления газов в 40. 70 раз превышают силы упругости колец. Высокие температуры и недостаток смазки приводят к большим износам как колец (особенно первого), так и втулки цилиндра.
Число поршневых колец, обеспечивающих достаточное уплотнение, определяется частотой вращения коленчатого вала и типом двигателя. Чем выше частота вращения, тем меньше число поршневых колец. Изготавливаются поршневые кольца из специального чугуна по особой технологии. В двухтактных дизелях типов Д100, Д40, поршни которых работают в тяжелых термодинами-
Рис. 7.12. Поршень дизеля 1А-5Д49-2: 1 – шпилька; 2 – втулка; 3 – палец; 4 – стопорное кольцо; 5 – уплотнительное кольцо; 6 – головка поршня; 7 – компрессионные кольца с односторонней трапецией; 8 – компрессионное (минутное) кольцо; 9, 15 – маслосъемные кольца; 10 – экспандер; /1 – тронк; 12 – трубка; 13 – стакан; 14 – пружина; 16 – проволока; 17- гайка; а – полость охлаждения днища крышки; б – отверстие для перетока масла; в – канал для слива масла из полости охлаждения
Рис. 7.13. Поршневые кольца: а – уплотнительные: 1-5- сечения колец; а – угол скоса поршневых колец; р – угол скоса, предназначенного для очистки канавки поршневого кольца; б – маслосрезывающие: 1-9 сечения колец; у – угол скоса рабочей плоскости; в – замки колец: 1-3 – формы колец; Д – зазор
ческих условиях, применяются биметаллические кольца – чугунные со вставкой из бронзы и двойным конусом наружной поверхности. Бронзовая вставка при работе двигателя изнашивается, образуя на стенке цилиндра металлическую пленку, которая предохраняет зеркало цилиндра от задиров и увеличивает теплоотдачу. Компрессионные кольца для повышения износостойкости покрывают хромом. На быстроходном дизеле типа М750 применяют хромированное стальное кольцо, которое устанавливают в первую канавку для повышения надежности.
Маслосрезывающие кольца выполняются с одним или двумя окнами для отвода масла. В некоторых кольцах для повышения упругости используются экспандеры. Замки колец бывают косые под углом 15°, прямые или выполненные внахлест.
Различают поршневые пальцы с жестким закреплением в бобышках поршня или вставки и плавающие, которые могут вращаться вокруг собственной оси. Плавающие пальцы имеют меньший износ, и они чаще применяются на тепловозных дизелях. При работе на поршневой палец действуют большие силы, переменные по величине и направлению. Он должен быть прочным и износостойким, поэтому его изготавливают из высококачествен-
Рис. 7.14. Шатунно-поршневая группа дизелей типа Д49: 1 – главный шатун; 2 – поршень; 3 – пружина; 4 – стакан; 5 – маслосъемное кольцо с экспандером; 6 – тронк; 7 – втулка верхней головки шатуна; 8 – палец; 9 – стопорное кольцо; 10 – болт прицепного шатуна; 11 – прицепной шатун; 12 – палец прицепного шатуна; 13 – втулка-подшипник; 14 – шатунные болты; 15 – крышка; 16 – вкладыши; о, в, г, д, е – каналы; б – полость охлаждения; ж – отверстие под штифт; з – зубчатый стык
ной углеродистой или легированной стали. Рабочую поверхность пальца цементируют с последующей термической обработкой для придания ей большей твердости.
Шатун связывает колено вала с поршнем. При работе шатун совершает сложное качательное движение и подвергается переменной по величине и направлению нагрузке от давления газов и сил инерции. Действующие на шатун силы вызывают в нем сложные деформации – сжатие, растяжение, продольный и поперечный изгибы. Поэтому шатун должен быть жестким и прочным при возможно малой массе. Шатуны изготавливают из углеродистой или легированной стали ковкой или штамповкой с последующей механической и термической обработкой.
В зависимости от типа двигателя и расположения цилиндров на тепловозах применяются шатуны однорядных и У-образных двигателей.
Стержни шатунов имеют двутавровое сечение. В У-образных дизелях (типа Д40, Д49, М750 и др.) применяются шатуны с прицепным сочленением главного и прицепного шатунов (рис. 7.14).
В верхней головке шатунов однорядных двигателей запрессовывается бронзовая втулка с канавками для масла. Нижняя головка разъемная. Крышка нижней части крепится болтами. Точная установка крышки обеспечивается штифтами или замковым устройством разъема в виде зубцов либо в виде каблучков.
В нижнюю головку шатуна устанавливаются верхний и нижний стальные тонкостенные вкладыши, залитые по рабочей плоскости свинцовистой бронзой. Тыльная сторона вкладышей покрывается медью. Вкладыши устанавливают с натягом, который, измеренный в специальном приспособлении, выбивается на торце вкладыша. Вкладыши не взаимозаменяемы. В нижнем вкладыше имеются канавки с отверстиями для перетока масла, которое по отверстиям и по каналу в крышке перетекает в канал стержня шатуна и далее к верхней головке и днищу поршня.
Шатунный механизм У-образных дизелей состоит из главного и прицепного шатунов, соединенных между собой пальцем. В дизеле типа Д49 палец закрепляется двумя болтами к прицепному шатуну, который имеет вращательные движения во втулке, запрессованной в проушине главного шатуна. В дизелях типов Д40 и Д45 палец штифтом крепится к проушине главного шатуна, а нижняя головка прицепного имеет запрессованную втулку-подшипник. Через отверстия в нижней головке масло поступает к пальцу, затем по каналу стержня прицепного шатуна к верхней головке и далее к днищу поршня.
В эксплуатации работа деталей шатунно-поршневой группы происходит в условиях больших термических и механических нагрузок. Наиболее распространенными повреждениями являются:
у поршней – термические трещины и прогары головок поршней; износ и отслаивание полуды тронковой части поршня; износ ручьев под кольца; наблюдается насосное действие поршневых колец, сопровождаемое повышенным расходом масла; задиры поршней; трещины у ручьев поршней, а также их вставок; ослабление или обрыв шпилек крепления вставки (Д100), шпилек крепления головки поршня к тронковой части (Д49); ослабление посадки и износ втулок под поршневой палец;
у поршневых колец – износ, излом, пригорание и потеря упругости;
у поршневых пальцев – износ (овальность, конусность), трещины, задиры;
у шатунов – износ и выкрашивание втулки, трещины, изгиб, скручивание, обрыв шатунных болтов, повреждение резьбы, вытягивание шатунных болтов, закупорка масляных каналов;
у вкладышей шатунов – износ, выкрашивание баббитовой заливки, потеря натяга.
При проведении ТО-3 запускают дизель, убеждаются в отсутствии посторонних шумов при работе деталей шатунно-поршне-вой группы и клапанов, течи воды через уплотнения втулок цилиндров. После остановки двигателя проверяют затяжку гаек цилиндровых крышек, производят дозатяжку шпилек крепления втулок цилиндров, проверяют крепление шатунных подшипников, положение стыков вкладышей, состояние шплинтов гаек шатунных болтов, поворачивая коленчатый вал, осматривают втулки цилиндров. Прокачивают масло дизеля и убеждаются в его поступлении к шатунным подшипникам, втулкам верхних головок шатунов, на охлаждение поршней, к рычагам привода клапанов и гидротолкателя. На дизелях типа Д100 осмотр гильз цилиндров, поршней и поршневых колец проводят через открытые люки картера, выпускного коллектора и воздушного ресивера, освещая осматриваемые детали переносной лампой. Для проворачивания коленчатого вала применяют электропривод к валоповоротному механизму.
При проведении ТР-1 кроме выполнения вышеперечисленных работ регулируют зазоры в гидротолкателях и опрессовывают дизель водой. Пропуск воды через уплотнения втулок цилиндров и крышек не допускается.
На цилиндрах типах Д100 открывают крышки воздушных ресиверов и выпускных коллекторов для проверки состояния поршневых колец верхних и нижних поршней. Поршни, у которых выявлены оплавление кромок, наличие разгарной сетки в днище, отсутствие слоя олова на тронковой части поршня, грубые риски, задиры, трещины, отколы, ослабление медной вставки поршневых колец, снимают с дизеля, очищают, проверяют дефектоскопом и ремонтируют.
После одиночной смены поршней из-за прогара проверяют линейную величину камеры сжатия и расстояние от головки нижнего поршня (в ВМТ) до оси форсуночного отверстия цилиндро-вочной втулки, которое должно составлять 1,4 мм. Проверяют выход реек топливных насосов, установку форсунок и качество распыла топлива. При необходимости заменяют топливные насосы высокого давления. Качество распыла форсунок проверяют на стенде, в соответствии с требованиями.
При проведении ТР-2 и ТР-3 производят разборку дизеля, перед которой сливают воду, масло, снимают крышу с тепловоза и демонтируют выпускные коллекторы. Снимают топливные насосы высокого давления, лоток с распределительным механизмом штанги и патрубки штанг, крышки клапанной коробки, крышки люков блока, форсунки и трубки к ним. Ослабляют гайки крепления крышек цилиндров к блоку. Отсоединяют прицепные шатуны от главных и, поочередно устанавливая поршни в ВМТ и удерживая их вместе с шатунами во втулке цилиндров с помощью специального приспособления, демонтируют прицепные и главные шатуны в комплекте с цилиндровыми крышками, втулками и поршнями (дизели типов Д49, Д40, Д45).
Каждый комплект устанавливают в кантователь для последующей разборки.
В процессе разборки все детали маркируют, указывая их положение в сборочной единице. Затем все детали подвергают мойке и очистке. Чистые детали освидетельствуют и дефектоскопируют. Отбракованные и не подлежащие восстановлению заменяют, соблюдая соответствие по массе отбракованной детали. Обточку нового ремонтного поршня производят по градационным размерам втулки цилиндра. Увеличение диаметра втулки допускается не более чем на 1,5 мм.
Поршневые и шатунные пальцы подлежат замене при наличии трещин или размеров, выходящих за допустимые пределы. Пальцы, восстановленные методом раздачи, тщательно проверяют магнитным дефектоскопом.
После проверки магнитным дефектоскопом шатуны подлежат обязательному размагничиванию на специальной установке. В отсутствии остаточного магнетизма убеждаются с помощью компаса – на расстоянии 30 см от детали его стрелка не должна отклоняться. Втулки главного и прицепного шатунов подлежат замене, если контрольные размеры выше установленной нормы. Деформацию шатунов (изгиб, скручивание) определяют на контрольной плите – она не должна превышать допуски, установленные Правилами ремонта.
Вкладыши шатунных подшипников тщательно осматривают и бракуют при наличии трещин или отслаивания заливочного слоя, наклепа на поверхности стыков и тыловой части, задиров шириной более 3 мм на армированной поверхности, зазора «на масло» более 0,4 мм, износа армировки до бронзы и недостаточного натяга.
Новый вкладыш подбирают по толщине, обеспечивая зазор «на масло» 0,2.0,3 мм. Прилегание вкладышей к постели проверяют по краске. Оно должно быть более 80 % площади при затянутых шатунных болтах. Натяг вкладышей восстанавливают меднением, толщина которого не должна быть более 0,15 мм.
После сборки комплекта шатунов с поршнями проверяют их массу. Допускается разница по массе между комплектами одного дизеля не более 0,5 кг. Сборку комплекта (крышки и втулки цилиндра, поршня) с главным и прицепным шатунами производят в кантователе. Затем производят опрессовку крышки и втулки цилиндра водой давлением 1,22 МПа в течение 5 мин. Течи и отпотевание не допускаются.
После сборки и установки комплектов опрессовывают дизель водой давлением 0,3 МПа. Течь воды в соединениях и через уплотнение втулок цилиндров не допускается. Затем производят опрес-совку маслом давлением 0,15 МПа, при которой проверяют поступление масла к шатунным подшипникам; к пальцам прицепных шатунов; к верхним головкам шатунов; на охлаждение поршней; к гидротолкателям и осям рычагов.
