Сельхозтехника В процессе эксплуатации у коленчатых валов накапливается значительное количество дефектов, основные из которых приведены в таблице 44.
Технология восстановления коленчатых валов
ВНПО «Ремдеталь» и ГОСНИТИ разработаны технологические процессы и необходимая оснастка для восстановления коленчатых валов тракторных двигателей ЯМЭ-238НБ, ЯМЗ-240Б, А-41, А-01М, СМД-60, СМД-14, Д-50, Д-240, Д-65Н, Д-37, Д-21.
Для ремонта (восстановления) коленчатых валов двигателей СМД-14, Д-50, Д-240, Д-37, СМД-60, А-41, Д-65Н создана унифицированная оснастка с учетом долговременного пользования его при замене отдельных исполнительных органов. Эта технологическая оснастка высокопроизводительна в основном с пневмоприводом, легко переналаживается на выполнение соответствующей операции для любого из перечисленных валов. Она позволяет улучшить использование оборудования, повысить производительность труда на 30…35%, облегчить организацию серийного изготовления ее.
Рис. 104. Схема маршрутов технологического процесса восстанрвдения коленчатого вала двигателя СМД-14,
Схема маршрутов технологического процесса восстановления коленчатого вала двигателя СМД-14 изображена на рисунке 104.
Основной маршрут (I) на схеме показан сплошной линией, другие возможные маршруты отмечены штриховыми линиями.
Восстановление посадочных поверхностей. Среди всех дефектов наиболее часто встречаются износы посадочных поверхностей коленчатых валов. У коленчатых валов тракторных двигателей посадочными являются поверхности под шкив, шестерни, маховик, противовесы (ЯМЗ-238НБ, СМД-60), сальники (ЯМЗ-238НБ), уплотнительные упорные кольца (ЯМЗ-240Б). Износ и нарушения геометрической формы посадочных поверхностей устраняют наплавкой проволокой 1,2Св18ХГС (ГОСТ 2246—70) в среде углекислого газа. Для наплавки применяют установку для вибродуговой наплавки, включающую в себя головку ОКС-1252М, сварочный преобразователь ПСГ-500 и токарно-винторезный станок. После наплавки посадочные поверхности обтачивают и шлифуют. Частота вращения детали при обтачивании — 200 об/мин, подача — 0,3 мм/об. При шлифовании частота вращения коленчатого вала— 125 об/мин, подача — 0,005 мм. Для обтачивания используют токарно-винторезный станок 163М, для шлифования — круглошлифовальный станок ЗБ161.
Торцевое биение посадочной поверхности под маховик и фланец для крепления маховика (СМД-14, Д-65Н, Д-37Е) устраняют протачиванием торца на токарном станке (не более 0,1…0,2 мм).
Восстановление отверстий и шпоночных пазов. В коленчатых валах тракторных двигателей восстанавливают отверстия под штифты для установки маховика и под подшипник вала сцепления, а также шпоночные пазы. Изношенные отверстия и шпоночные пазы заваривают проволокой 1,2Св08Г2С (ГОСТ 2246—70) в среде углекислого газа. При заварке рекомендуется использовать полуавтомат А-547Р и сварочный выпрямитель ВС-300.
Изношенное отверстие под подшипник вала сцепления можно также восстанавливать установкой втулки. Для этого отверстие растачивают, изготавливают втулку и запрессовывают ее в подготовленное отверстие. После запрессовки вал снова устанавливают на токарный станок, выверяют индикатором с точностью до 0,03 мм и растачивают отверстие до требуемого размера. После растачивания толщина втулки должна быть в пределах 2… 3 мм. Овальность и конусность отверстия — не более 0,03 мм. Для восстановления отверстия под подшипник вала сцепления можно применять способ установки свертных втулок, который будет подробно рассмотрен позже (см. стр. 202).
Наплавленное отверстие под подшипник вала сцепления растачивают, а затем разворачивают.
Заваренные отверстия под установочные штифты после зачистки торцевой поверхности на токарном станке рассверливают, зенкеруют и развертывают на радиально-сверлильном станке 2Н53. Для сохранения прежнего положения осей отверстий при обработке используют накладные кондукторы.
Заваренные шпоночные пазы фрезеруют. При этом применяют горизонтально-фрезерный станок 6М82Г и приспособление для фрезерования. Смещение осей шпоночных пазов свыше допустимых пределов не допускается. Особенно это важно для шпоночных пазов под распределительную шестерню, так как от них зависит правильность газораспределения в цилиндре двигателя. Боковые стенки шпоночных пазов должны быть чистыми, ровными и параллельными плоскости симметрии вала.
Восстановление резьбы. Резьба подлежит восстановлению при ее износе или срыве более двух ниток. При незначительных изно-сах и повреждениях резьбы калибруют.
Наружную резьбу (СМД-14, СМД-60, ЯМЗ-238НБ) восстанавливают наплавкой проволокой 1,2Св18ХГС в среде углекислого газа. Перед наплавкой старую резьбу обтачивают, так как она при наплавке сгорает и попадает в наплавленный металл в виде шлаковых включений, что приводит к выкрашиванию резьбы. Толщина наплавленного слоя должна быть 2…3 мм с таким расчетом, чтобы получить качественную чистую резьбу. Затем наплавленную поверхность обтачивают и нарезают резьбу нормального размера.
Резьбы в отверстиях для крепления маховика и шкива восстанавливают установкой резьбовых спиральных вставок. Технология ремонта резьбовых отверстий спиральными вставками подробно была рассмотрена ранее (см. стр. 81).
Маслосгонную резьбу (СМД-14, Д-’65Н) при износе углубляют резцом до нормальной глубины за несколько проходов, а резьбовую шейку шлифуют до выведения следов износа. После шлифования шейки резьбу зачищают и полируют наждачной шкуркой.
Балансировка. При длительной работе и периодических ремонтах двигателей сбалансированность коленчатых валов нарушается.
После восстановления дисбаланс коленчатых валов превышает допустимый в 6… 10 раз. Увеличение дисбаланса связано с переходом на ремонтные размеры шеек коленчатого вала, изменением толщины фланца для крепления маховика и другими факторами* возникающими в результате ремонтных воздействий.
Коленчатые валы балансируют перед окончательной операцией ремонта (восстановления), т. е. перед полированием шеек. При этом удается сохранить состояние поверхности шеек и уменьшить отклонения коленчатого вала от правильной геометрической формы. В процессе балансировки может возникнуть необходимость наплавки металла в отверстия в противовесах, просверленные при ранее проводившейся балансировке, или снятия металла высверле-нием отверстий или фрезерованием площадок на противовесах.
Допускаемая несбалансированность коленчатых валов приведена в таблице 43.
Динамическую балансировку коленчатых валов рекомендуется проводить на универсальной балансировочной машине БМ-У4. С помощью этой машины можно проводить динамическую балансировку деталей типа тел вращения (коленчатые валы и др.)» У которых диаметр не превышает 800 мм, расстояние между опорными шейками — не более 800 мм, масса — 5… 200 кг. Точность определения неуравновешенности балансируемого коленчатого вала 5… 10 г/см, ошибка определения места расположения неуравновешенности детали в плоскости вращения — 0… 5°.
Балансировочная машина БМ-У4 позволяет в течение 10… 15 с после пуска определить значение и место расположения дисбаланса коленчатого вала с высокой степенью точности.
Ремонт и восстановление коренных и шатунных шеек. Изношенные шатунные и коренные шейки коленчатых валов тракторных двигателей перешлифовывают на ремонтные размеры, которые приведены в таблицах 45, 46, 47.
Для шлифования шеек коленчатых валов применяют универсальный шлифовальный станок 3A423 и специализированные станки: ХШ2-12 — для шлифования коренных шеек и ХШ2-01 — для шлифования шатунных шеек.
На станке 3A423 можно шлифовать как коренные, так и шатунные шейки коленчатых валов почти всех тракторных двигателей. К шлифованию шеек приступают только после устранения других дефектов коленчатого вала.
Шлифование на ремонтный размер, как правило, выполняют за одну операцию! Сначала шлифуют коренные шейки, а затем шатунные. Шатунные шейки обычно шлифуют на другом станке, оборудованном центросмесителями, обеспечивающими совпадение осей шатунных шеек с осью вращения станка. При шлифовании коренных шеек базовыми являются поверхности центровых отверстий, и выполнение этой операции не представляет затруднений. При шлифовании шатунных шеек в большинстве ремонтных предприятий закрепляют коленчатый вал в патронах центросместителей станка, принимая за базовые поверхности фланцы под маховик и шейки под шкив. При этом погрешность базирования будет складываться из погрешности установки в патронах и погрешности,, возникающей в результате несовпадения конструктивной и технологической баз. В результате значение суммарной погрешности только базирования может достигать 0,07 мм и обеспечение размера радиуса кривошипа с допуском 0,08… 0,10 мм не гарантируется.
Рис. 105. Центросместители: 1 и 2— планшайбы передней и задней бабки станка; 3—планка; 4 — полукольцо; 5 — призма.
Обеспечение допуска непараллельности осей крайних коренных, и шатунных шеек в пределах 0,03 мм на длине 100 мм также представляет затруднения. При ремонте коленчатые валы крепят в, патроны двумя способами: центросместители устанавливают на определенный размер радиуса кривошипа и шатунную шейку выставляют только в горизонтальной плоскости; центросместители не устанавливают на определенный размер, а шатунную шейку выставляют как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.
В первом случае точность размера радиуса кривошипа не обеспечивается вследствие погрешности установки, превышающей допуск на размер. Во втором случае достигается исходная точность размера радиуса кривошипа, но вносится дополнительная погрешность из-за одностороннего износа шатунной шейки вала, подлежащей обработке.
С целью устранения рассмотренных недостатков ГОСНИТИ разработана конструкция центросместителей с базированием по крайним коренным шейкам, обеспечивающая погрешность базирования не более 0,03 мм. Центросместители (рис. 105) предварительно устанавливают на требуемый размер радиуса кривошипа.
Впоследствии при шлифовании шатунные шейки выставляются только в горизонтальной плоскости, для чего предусмотрено специальное приспособление (рис. 106). Предварительно шлифуемую^ шейку 2 устанавливают призмой У, окончательно — индикаторным устройством 3. Показания индикатора должны быть плюсовыми и равняться половине припуска на шлифование. При окончательно отшлифованной шейке индикатор устанавливают «на нуль».
В центросместители коленчатый вал устанавливают крайними коренными шейками на призмы 5 и закрепляют планками 3 (см. рис. 105). Вначале ставят съемные полукольца 4, соответствующие размеру коренных шеек. Такие кольца предусмотрены для каждого размера коренных шеек.
Рассмотренные центросместители унифицированы и могут быть применены при шлифовании коленчатых валов двигателей Д-37, Д-50, Д-240, СМД-14, СМД-60, А-41.
Рис. 106. Приспособление для выставления шатунных шеек: 1 — призма; 2 — шатунная шейка; 3 — индикаторное устройство.
Шейки коленчатого вала шлифуют алундовыми или электрокорундовыми шлифовальными кругами на керамической связке зернистостью 16…60, твердостью СМ2, Cl, СТ1 и СТ2.
Режим шлифования: окружная скорость – шлифовального круга— 25 …35 м/с, окружная скорость шлифуемой поверхности — 18…25 м/мин (при шлифовании коренных шеек) и 7… 12 м/мин (при шлифовании шатунных шеек), поперечная подача круга — 0,003 … 0,006 мм/об, продольная подача — 7… 11 мм/об.
После шлифования одного-двух коленчатых валов рекомендуется править шлифовальные круги алмазным карандашом.
С целью предотвращения появления микротрешин при шлифовании применяют обильное охлаждение. Струя охлаждающей жидкости должна полностью покрывать рабочую поверхность шлифовального круга. В качестве охлаждающей жидкости используют 3…4%-ный раствор кальцинированной соды или эмульсию (10 г эмульсирующего масла на 1 л воды).
Перед шлифованием шеек на ремонтный размер углубляют фаски масляных каналов и зачищают их при помощи переносной шлифовальной машины. Перед полированием шеек необходимо полировать фаски. Окончательная операция механической обработки коленчатых валов — полирование. Полирование производят на стенде 6749 для полирования коленчатых валов с использованием алмазной шлифовальной бесконечной ленты АЛШБТУ88 УССР ИСМ467-62 АС080/63-100% Р9.
Для доводки шеек коленчатых валов при больших программах ремонта вместо полирования применяют суперфиниширование. Для суперфиниширования применяют специальный полуавтомат 3875К со сменными наладками для обработки коленчатых валов тракторных двигателей различных марок. Суперфиниширование производят абразивными брусками зернистостью 8…3. Наиболее эффективно суперфиниширование алмазными брусками АБХ8Х ХЗХЗЗ, М=100. В качестве охлаждающей жидкости при суперфинишировании обычно применяют смесь керосина с маслом, которая обеспечивает не только охлаждение, но и смазывание обрабатываемых поверхностей. Частота вращения коленчатого вала при суперфинишировании— 31 и 61 об/мин, а число двойных ходов ос-циллирования — 400 и 200 в минуту.
По сравнению с полированием суперфиниширование обеспечивает более высокие эксплуатационные свойства поверхностей.
В частности, микротвердость поверхностного слоя в результате суперфиниширования повышается. Поверхность после суперфиниширования лучше удерживает масляную пленку, что на 20 …40% повышает износостойкость шеек.
Шероховатость поверхности шеек после полирования или суперфиниширования достигает i?a = 0,32… 0,08 мкм. Коренные и шатунные шейки коленчатых валов, шлифованные на все ремонтные размеры, наплавляют и обрабатывают под номинальный размер. В ремонте применяют различные технологические процессы для наплавки коленчатых валов.
ВНПО «Ремдеталь» рекомендует восстанавливать шейки коленчатых валов тракторных двигателей наплавкой проволокой Нп-ЗОХГСА под керамическим флюсом АНК-18. Ниже рассмотрен процесс наплавки шеек под керамическим флюсом на примере коленчатого вала двигателя А-41.
Режимы наплавки шатунных и коренных шеек следующие: сила тока обратной полярности — 200 …220 А; напряжение — 26… 28 В; частота вращения вала—1,5… 1,7 об/мин; подача суппорта— 3,5 …4,0 мм/об; подача электрода—1,8 …2,0 м/мин; вылет электрода— 15…20 мм; смещение электрода с зенита—15…20 мм; диаметр проволоки— 1,6 мм; число проходов— 1.
Сначала наплавляют первую шатунную Шейку, затем — вторую,, четвертую и третью кбренные шейки. Переустанавливают деталь и наплавляют первую и пятую коренные шейки, затем — четвертую, третью и вторую шатунные шейки. Перед наплавкой шейки подогревают пламенем газовой горелки до температуры 200…250°С. Наплавку галтелей на ширине 4 мм не производят. Для наплавки коленчатых валов используют наплавочный станок У652У4. В качестве источника питания применяют выпрямитель ВДУ-504.
Наплавленные шейки подвергают черновому шлифованию, а затем шлифуют галтели с некоторым углублением (рис. 107). После этого галтели подвергают упрочняющей обработке дробью в течение 1 мин под давлением 0,6 МПа. В наплавленных валах после-чернового шлифования на сверлильном станке пробивают заглушки в масляных каналах и зенкеруют отверстия на глубину 4… 5 мм твердосплавным зенкером. Скорость резания—15…20 м/мин. Такие операции обработки вала, как окончательное шлифование, балансировка, полирование, выполняются так же как и при перешлифовке вала на ремонтные размеры.
Твердость наплавленного слоя проволокой Нп-ЗОХГСА под керамическим флюсом АНК-18 находится в пределах HRC 53… 58. Глубина проплавления — 2…3 мм, глубина зоны термического влияния — 4…5 мм. Микроструктура слоя наплавки представляет собой сорбит закалки с карбидной сеткой столбчатого характера. Микроструктура зоны термического влияния представляет собой сорбит. Усталостная прочность коленчатых валов, восстановленных по рассмотренной выше технологии, составляет 80…90% от усталостной прочности предельно изношенных валов.
Ярославским моторным заводом разработана технология восстановления шатунных шеек коленчатых валов двигателя ЯМЗ-240Б автоматической наплавкой под слоем флюса АН-348М проволокой Нп-ЗОХГСА. Режим наплавки: сила сварочного тока — 150… 160 А; напряжение — 26 …28 В; скорость подачи проволоки — 78 м/мин; подача — 4,5 мм/об; частота вращения вала — 0,95 об/мин. Диаметр проволоки—1,8 мм. Перед наплавкой шейку вала прогревают газовой горелкой до температуры 350… 400 °С. При наплавке дорожки качения коренных шеек охлаждают водой, после наплавки охлаждение дорожек качения продолжают в течение 10 мин.
Наплавку ведут, отступая от торцов галтели на 5,5… 7 мм к середине шейки. Наплавленные шатунные шейки подвергают высокотемпературному отпуску т. в. ч. После предварительного шлифования наплавленных шеек производят закалку т. в. ч. и низкий отпуск. Твердость наплавленных шеек должна быть не ниже HRC 42.
Рис. 108. Опасные места на шейках коленчатого вала (на заштрихованных зонах трещины не допускаются).
В практике ремонта коленчатых валов встречаются затруднения при делении трещин на опасные и безопасные. В результате этого значительная часть коленчатых валов бракуется необоснованно. Согласно инструкции Госкомсельхозтехники СССР по дефектоскопии и ремонту коленчатых валов, для тракторных двигателей с рядным расположением цилиндров трещины не допускаются: на галтелях шатунных и коренных шеек; поверхностях шеек на расстоянии менее 10 мм от торцов щек (рис. 108); поверхностях шатунных и коренных шеек в зоне их перекрытия на дуге 45° в обе стороны от вертикальной оси вала для коренных и 30° для шатунных; кромках масляных отверстий длиной свыше 6 мм в зонах, расположенных под углом 45±15° к оси шейки. Допускается на поверхности каждой коренной и шатунной шейки не более трех продольных трещин длиной свыше 3 мм с последующей обработкой. Эти трещины должны находиться на расстоянии друг от друга не менее 10 мм и не должны быть расположены под углом более 30° к оси вала (рис. 109).
Мелкие трещины на шейках вала длиной до 3 мм и трещины длиной не более 6 мм, выходящие за кромки маслоподводящих отверстий, в подсчет общего числа трещин не входят.
Для обнаружения трещин рекомендуется использовать магнитные дефектоскопы ДМП-2, Д-50 и приспособление для дефектоскопии, разработанное в настоящее время. Водную магнитную суспензию приготавливают из магнитной пасты МПЕ, растворяя 50 …70 г в 1 л подогретой воды, или из пасты, приготовленной в соответствии с инструкцией по эксплуатации, прилагаемой к магнитному дефектоскопу.
Рис. 109. Коленчатые валы с характерным расположением трещин: а — допустимые к эксплуатации; б — подлежащие выбраковке.
Желательно проверку вести при циркуляционном режиме на* магничивания (одновременно пропускают электрический ток и поливают вал магнитной эмульсией). Сила переменного тока при намагничивании должна быть Ю00’±50А, время намагничивания — 1… 1,5 мин. Трещины, допущенные к исправлению, необходимо тщательно обрабатывать абразивным инструментом по всей длине с целью образования канавки радиусом не менее 2 мм и глубиной 0,2 …0,4 мм с шероховатостью поверхности Ra=0,63 мкм. Острые кромки канавки следует дополнительно притупить по периметру (рис. 110).
Для обработки трещин используют малогабаритные электрические шлифовальные машинки типа «Гном» с приводом рабочего инструмента посредством гибкого вала или пневматические с диаметром шлифовального камня не более 25 см.
Если трещина расположена строго по оси шейки, то допускается вместо канавки выполнять лыску шириной до 5 мм вручную плоским абразивным бруском типа БКВ25Х150-2А-К с зернистостью М40…М14 (см. рис. 110). По окончании разделки трещин коленчатый вал размагничивают. Для этого пропускают через вал максимальный ток намагничивания 1100 А и с помощью реостата плавно уменьшают его до нуля в течение 0,5 мин. При наплавке шеек трещины заваривают в среде углекислого газа проволокой Св18ХГСА диаметром 1,2 мм. Для заварки трещин применяют полуавтомат А-547У с выпрямителем ВС-300.
Контроль коленчатых валов. Контроль размеров, овальность, конусность, бочкообразность, седлообразность коренных и шатунных шеек производят скобами (ГОСТ 11098—75).
Овальность и конусность коренных и шатунных шеек коленчатых валов двигателей СМД-14, Д-37, А-41, А-01М, СМД-60 долж* на быть не более 0,015 мм; двигателей Д-65, Д-21—не более 0,013 мм; двигателей Д-50, Д-240, ЯМЭ-238НБ, ЯМЗ-240Б— не более 0,01 мм. Такие параметры коленчатых валов, как биение средних коренных шеек, биение поверхности под шкив, биение поверхности под маховик, биение поверхности под шестерню, непарал-лельность образующих поверхностей шатунных шеек относительно диаметральной плоскости первой коренной и первой шатунной шеек, радиус кривошипа, контролируют с помощью приспособлений для контроля. Шероховатость поверхностей определяют по образцам шероховатости.
ГОСНИТИ разработан стенд КИ-55071 для комплексного контроля коленчатых валов, предназначенный для специализированных ремонтных предприятий. С помощью стенда можно определять диаметры, овальность и конусность коренных и шатунных шеек и другие параметры.
Стенд оснащен индикаторными устройствами, позволяющими с высокой точностью определять фактические значения отклонений от номинальных размеров. В комплект стенда входит специальное устройство для определения радиуса кривошипа коленчатого вала. Для контроля диаметра коренных и шатунных шеек стенд оснащен двумя пневматическими длинномерами, комплектом пневматических скоб и настрочных эталонов. Применение стенда для контроля коленчатых валов значительно повышает качество контроля и более чем в 1,5 раза снижает трудоемкость контрольных операций.