Эксплуатационно-техническая характеристика коленчатого вала

Факторы, влияющие на работу коленчатого вала.

Вал нагружается силами давления газа и силами инерции поступательно движущихся и вращающихся масс, и подвергаются одновременному действию знакопеременных изгибающих и крутящих моментов. В результате воздействия этих сил и моментов материал работает на усталость. Усталость металла объясняется возникновением в наиболее слабом месте микроскопической трещины, которая под влиянием знакопеременной нагрузки растет, уменьшая расчетное сечение и вызывая рост напряжений. В итоге напряжения превышается предел прочности материала, вызывая быстрое разрушение детали [23].

Износы и повреждения коленчатых валов. В результате изнашивания уменьшаются диаметры рамовых и мотылевых шеек коленчатых валов, они приобретают эллиптическую, бочкообразную или конусную форму; на шейках валов образуются наработки. К повреждениям коленчатых ваплов относят царапины, задиры на шейках, изгиб, ослабление посадки шеек в щеках у составных валов, деформацию отверстий во фланцах соединений у валов, состоящих из секций, трещины в щеках и шейках, поломку.

В поперечном сечении в результате изнашивания шейки приобретают эллиптическую форму. При этом больший износ наблюдается у мотылевых шеек вследствие работы их в условиях неравномерной нагрузки. Верхняя часть мотылевой шейки испытывает большую нагрузку чем нижняя, поэтому износ верхней части больше чем нижней.

Конусная форма может быть следствием неудовлетворительной пригонки подшипника, когда контакт его с шейкой происходит не по всей длине. Это вызывает износ шейки в каком-либо одном ее конце. При некачественном изготовлении или ремонте, когда при проточке шейки ввиду неточности обработки остается конусность, она увеличивается при эксплуатации.

При перекосе шатунно-поршневой группы по отношению к коленчатому валу и удлиненных подшипниках может возникнуть бочкообразная форма шеек коленчатого вала. В этих случаях больший износ происходит у галтелей в первом случае из-за перекоса, во втором - из-за деформации шейки при работе.

Корсетная форма шеек может возникнуть из-за плохой пригонки подшипников. Однако такой дефект бывает редко. Появление наработков связано с разницей длин шейки и подшипника. Царапины могут возникнуть при попадании на поверхность трения твердых частиц и нарушения режима смазки. Задиры на шейках возможны при проплавлении подшипников.

Поломка коленчатого вала - одна из самых тяжелых аварий двигателя. Причинами усталостных разрушений могут быть: недостаточный запас прочности вала, особенно в местах концентрации напряжений ( в районе галтелей, по краям смазочных отверстий); технологические пороки, низкие механические свойства материала, неоднородная структура, микротрещины, образовавшиеся при термической обработке, неметаллические включения; случайные повреждения появившиеся на поверхности вала в процессе его обработки или эксплуатации (всевозможные риски, царапины, борозды и задиры) являющиеся сильными концентраторами напряжений [15].

Основные технические требования к коленчатому валу компрессора [11]:

Мотылевые и рамовые шейки h 2,5⁺ 0,5 мм, 56…60 HRC кроме галтелей.

Нецилиндричность рамовых и мотылевых шеек не более 0,01 мм.

Биение рамовых шеек относительно оси вала не более 0,02 мм.

Биение конуса по отношению к оси рамовых шеек не более 0,02 мм.

Не параллельность мотылевых шеек относительно оси вала не более 0,02 мм. Проверку шеек на параллельность производить в четырех положениях кривошипа при полном его обороте.

Смещение осей шатунных шеек по окружности радиуса кривошипа не более ⁺30.

Смазочный канал проверяется на герметичность пробным гидравлическим давлением P_пр = 0,2 МПа.

Технологический маршрут ремонта компрессора включает следующие основные операции: демонтаж и разборку, подготовку к дефектации и дефектацию, ремонт деталей и узлов, сборку, монтаж. (Табл. 4.1.)

Таблица 4.1

Схема технологического маршрута ремонта компрессора

Общие требования по разборке.

Перед разборкой необходимо [16]:

— проинструктировать обслуживающий персонал и оснастить его средствами индивидуальной защиты;

— оборудовать стационарное и переносное освещение;

— осушить полости корпуса компрессора от масла;

— разработать схему размещения крупногабаритных деталей, так чтобы был обеспечен доступ к ремонтируемому объекту;

— разработать правила техники безопасности.

Разборка компрессора выполняется стандартными и специальными фирменными инструментами, и приспособлениями. Работы по разборке, дефектации, ремонте и сборке компрессора проводятся в присутствии механика, в чьем заведовании находится компрессор или лица, ответственного за ремонт [54].

Подготовка к дефектации деталей компрессора.

Очистка и промывка составных частей компрессора проводится после его разборки. После промывки все детали обдувают чистым сухим сжатым воздухом и направляют на дефектацию.

Дефектации деталей компрессора.

Дефектация – это оценка технического состояния и выявление различных дефектов с применением методов дефектоскопии.

Задачи дефектации, выполняемой при сдаче компрессора на ремонт, следующие [54]:

— в зависимости от условий работы для основных элементов компрессора установить соответствие фактической величины и характера, износа или разрушения ожидаемой величине, заданной при проектировании;

— выявить изнашивание, разрушение, которое может привести к внезапным отказам и являющееся результатом нарушений правил эксплуатации, технологии изготовления или ошибок при конструировании;

— уточнить объем работ, предусмотренных ведомостью ремонтных работ, номенклатуру и количество узлов, сменных деталей и других материалов;

— установить необходимость выполнения ремонтных работ, при этом определить их срочность (необходимо их выполнять немедленно или можно ожидать очередного ремонта).

В зависимости от характера возможных дефектов и от конструкции проверяемой детали при ремонте компрессора применяются три основных вида дефектации [15]:

1) Наружный или визуальный осмотр – при помощи лупы 5-10 кратного увеличения, мелокеросиновой или цветной пробы, дополнительного обстукивания. Более эффективным методом является люминесцентная дефектоскопия;

2) Выявление скрытых дефектов – проверка с использованием методов дефектоскопии: гидравлической, магнитной, рентгеновской, звуковой (в том числе ультразвуковой);

3) Определение конструктивных дефектов и отклонений от правильной геометрической формы - производят различным контрольно-измерительными инструментоми, приборами и оборудованием.

В процессе дефектации детали по своему техническому состоянию разделяются на три группы:

1) годные;

2) требующие ремонта;

3) негодные.

По результатам дефектации составных частей и деталей компрессора составляются ремонтные ведомости, являющиеся в дальнейшем руководящим документом для ремонта деталей компрессора.

Дефектация коленчатого вала компрессора.

Определение износа рамовых и мотылевых шеек коленчатого вала.

Диаметры шеек измеряют микрометрической скобой в трех поперечных сечениях по длине шейки и двух диаметрально противоположных плоскостях в каждом сечении. Крайние замеры выполняют в сечениях на расстоянии 15-20 мм от шеек. Наибольший допустимый износ рамовых и мотылевых шеек коленчатого вала, выражается в образовании эллиптической и конусной форм, может быть установлен из выражения:

D = 0,00078d + K, (4.1)

где d – диаметр шейки вала, мм;

K=0,03 мм для рамовых и 0,05 для мотылевых шеек.

Существуют специальные скобы, приспособления и способы определения износа рамовых шеек без подъема вала с подшипников.

Измерение микрометрической скобой малого сечения позволяет ввести ее в пространство между шейкой и гнездом после выкатывания вкладыша рамового подшипника. После измерения данной рамовой шейки вкладыш заводят на место и приступают к измерению следующей шейки.

Измерение с помощью специального приспособления, состоящего из двух ножек, жестко соединенных двумя валиками с правой и левой резьбой. При вращении гайки ножки смещаются по размеру шейки вала. Стержень, по которому ножки перемещаются, предназначены для придания устойчивости приспособлению. В валиках имеются призматические шпонки, предотвращающие проворачивание на валике державки [15].