Разработка технологии восстановления гильз цилиндров ДВС

 

Кроме износа по длине также наблюдается  износ в направлении, перпендикулярном оси коленчатого вала, т.е. овализация гильз. Овализация гильз цилиндров  вызывается как неравномерностью изнашивания, так и остаточными деформациями, возникающими от сил давления газов и бокового усилия поршня. Наибольшая овальность гильзы происходит в верхнем поясе в зоне расположения верхнего поршневого кольца при положении поршня в верхней мертвой точке.

 

Долговечность гильзы цилиндра зависит  от качества ремонта и технической  культуры эксплуатации двигателя. В  процессе ремонта очень важно  правильно произвести установку  гильзы и сборку всего кривошипно-шатунного  механизма, обеспечив при этом точное выполнение технических условий на сборку двигателя. Всякое отклонение от этих условий вызывает деформацию гильзы и перекос поршней, что приводит к повышенному износу гильзы цилиндра. При эксплуатации двигателя срок службы гильзы находится в прямой зависимости от качества смазки, ухода за воздухоочистителем, а также от выполнения правил запуска и прогрева холодного двигателя.

 

2.2 Кавитационное изнашивание

 

В дизелях наблюдаются случаи вибрации гильз цилиндров. Она возникает  при переходе поршня двигателя через  ВМТ, т.е. при перемещении («перекладке») его от одной стороны цилиндра к другой. Между поршнем и зеркалом цилиндра есть зазор, и перемещение поршня происходит с ударом. При этом изменяется давление на стенки цилиндра. Вибрация цилиндра вызывает его кавитационное изнашивание.

 

В переводе с латинского языка слово  «кавитация» означает пустота. В  потоке охлаждающей жидкости при  вибрации гильз цилиндров образуются пузырьки воздуха (пустоты), которые  под действием высокого давления разрушаются (замыкаются) с выделением большой энергии. Внешняя поверхность гильзы цилиндра, а также часть блока цилиндров, где замыкаются кавитационные пузырьки системы охлаждения, подвергаются разрушению. Для предотвращения кавитационного разрушения в гильзах двигателей (например, ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238) протачивают специальную канавку, в которую вставляют антикавитационное кольцо прямоугольного сечения (рис. 2.2).

 

1

2 3

 

Рис. 2.2. Схема цилиндра с антикавитационным кольцом:

 

1 – гильза цилиндров; 2 – уплотнительные  кольца (резиновые или медные, устанавливаемые  под бурт); 3 – антикавитаиионное  кольцо

 

Оно расположено между гильзой  и отверстием в блоке цилиндров, и, кроме того, через него нижний пояс гильзы опирается на кромку отверстия блока. В сборе с гильзой кольцо устанавливают в блок с натягом, что значительно уменьшает амплитуду колебаний гильзы цилиндра, а следовательно, и кавитационные разрушения ее и блока. Избежать кавитационного разрушения можно уменьшением вибрации гильз цилиндров, поддержанием нормального температурного режима двигателя и т.д. [2]

 

В карбюраторных двигателях кавитационное  разрушение гильз цилиндров почти  не встречается. Эти двигатели работают, как правило, с малыми степенями сжатия, а следовательно, давление на поршень в конце сгорания рабочей смеси в них значительно меньше, чем в дизеле. Зазор между поршнем и гильзой цилиндра в карбюраторном двигателе также меньше, и при работе он уменьшается. Поэтому при перекладке поршня в ВМТ не происходит сильного удара и значительной вибрации гильзы. [1]

 

 

 

2.3 Излом бурта гильзы

 

В блоке цилиндров двигателя  имеется округлое гладкое углубление, так называемое седло буртика. Оно  аксиально фиксирует гильзу в  блоке. Буртик должен сидеть точно в углублении таким образом, чтобы гильза полностью прилегала по всему периметру седла. Затем в блоке цилиндров устанавливается прокладка головки блока цилиндров. Уплотнение камеры сгорания (в прокладках старших поколений металлическая окантовка, в более современных металлических прокладках – профиль) должно при этом прилегать точно к верхней стороне седла буртика. [2]

 

При затяжке болтов головка блока  сильно прижимается к блоку цилиндров. При этом болты крепления головки  блока и правила затяжки разработаны таким образом, что связь головки блока цилиндров с блоком выдерживает максимальное давление цикла вплоть до 200 бар. В результате через болты и прокладку передается гигантское усилие на седло буртика. Поэтому очень важно, чтобы усилие передавалось через прокладку на седло строго вертикально.

 

Причины излома бурта гильзы

 

1.  Посторонние частицы.

 

При монтаже  очень важно соблюдать чистоту, чтобы между буртиком и седлом не попала грязь (стружка, уплотняющие  средства, остатки прокладки и  др.).

 

2. Неровности и перекосы в области седла буртика в блоке цилиндров.

 

Важно, чтобы  поверхность была строго горизонтальна (см. рис. 2.3, а, б), а острая кромка поверхности  седла срезана (под углом около 1х45°, см. рис. 2.3, в). В противном случае велика опасность излома.

 

 

  

а)                                    б)                                в)                             г)

 

Рис. 2.3. Причины излома бурта гильзы

 

а, б – наклон в области седла; в, г – возможность излома при  отсутствии фаски седла буртика

 

3. Неподходящая прокладка головки  блока цилиндров.

 

Также может стать причиной неправильного  распределения сил в области  буртика (рис 2.4) из-за слишком маленького диаметра либо неверно выбранной высоты прокладки.

 

 

Рис. 2.4. Излом в результате неподходящей прокладки

 

 

 

4. Неправильная обработка

 

Иногда головка блока цилиндров  имеет канавку по всему периметру, в которую входит противопожарный  борт, причем головка и гильза цилиндра не должны соприкасаться. Если вследствие перекоса или повреждения головка  блока требует выравнивания, канавка должна быть пропорционально увеличена. В противном случае есть опасность того, что усилие будет направлены не на прокладку, как должно быть, а на противопожарный борт гильзы цилиндра (рис. 2.5).

 

 

 

Рис. 2.5. Излом  в результате уменьшения глубины  канавки

 

Если данный дефект гильзы не будет вовремя обнаружен, то после пуска двигателя сломанная  гильза сдвинется в направлении  коленчатого вала, и как только место излома окажется на высоте первого поршневого кольца, поршневое кольцо выскочит выше места излома. При обратном ходе поршня он вдавит гильзу цилиндра. Вращающийся коленчатый вал разобьет гильзу, поршень и шатун также будут повреждены.

 

 

 

2.4 Трещины на поверхности гильзы

 

Причиной  появления трещин в деталях являются, в первую очередь, ненормальные условия  их работы, а именно, сильный перегрев, быстрое охлаждение, ударные нагрузки и т.д. Трещины могут возникнуть также вследствие нарушения технологии ремонта. Перетяжка болтов головки блока на некоторых двигателях может стать причиной образования трещин на поверхности гильз. Эксплуатация двигателя в холодное время года на воде в системе охлаждения – также достаточно распространенная причина появления трещин в блоке и гильзах цилиндров после замерзания воды.

 

Трещина, возникшая  в той или иной детали, редко  локализуется, т.е. остается неизменной длительное время. В большинстве  случаев, испытывая циклические  рабочие нагрузки и циклы нагрева-охлаждения, трещина развивается дальше до поломки детали. Последствия и скорость развития трещины зависят от типа детали, материала и сечения, по которому проходит трещина. Для ответственных деталей КШМ и поршневой группы, включая коленчатый вал, шатуны и поршневые пальцы, трещина, независимо от места ее образования, практически всегда приводит к разрушению детали и выходу двигателя из строя.

 

В корпусных  деталях типа блока цилиндров  и головки блока, а также гильзах  трещины, как правило, проходят в  полость системы охлаждения, соединяя ее с каналами систем смазки, вентиляции картера, цилиндрами, либо с окружающей средой, вызывая течи и / или перемешивание рабочих жидкостей. Помимо этого, через трещины в стенке цилиндра или камеры сгорания в систему охлаждения при работе двигателя поступают отработавшие газы, которые вытесняют охлаждающую жидкость, резко снижая эффективность охлаждения двигателя.

 

Трещины в  нижней части гильзы обычно связаны  с ударами разрушенного шатуна и, как правило, располагаются вертикально.

 

Установка на двигатель детали с трещиной приводит обычно к его неработоспособности (выходу из строя) сразу после первого запуска или через определенное время, т.е. к необходимости повторного ремонта. Кроме того, традиционные виды ремонта рабочих поверхностей детали с трещиной (шлифование, хонингование и т.д.) иногда приносят убытки ремонтному предприятию, так как деталь с трещиной заведомо неремонтопригодна и требует замены. Учитывая это, обнаружению трещин в деталях перед ремонтом должно быть уделено самое серьезное внимание. [4]

 

2.5 Износ  посадочных поясков гильзы

 

Износ посадочных поясков частично связан с кавитационным  изнашиванием. Признаком дефекта  гильз являются глубокие раковины на поверхности поясков, что является следствием явления кавитации или  коррозии.

 

В процессе работы возникает вибрация гильзы, что также вызывает износ  посадочных поясков гильзы.

 

В реальных условиях эксплуатации двигателей возможно появление овальности посадочных поясков гильзы, вызванное кавитационным  разрушением или отложением накипи в зазорах посадочных поясков гильзы в блоке.

 

 

3. Выбор способа восстановления  гильз

 

 

 

В ремонтной практике восстановление изношенных автотракторных деталей  производится разными способами  и выбор того или иного способа  в конкретных условиях определяется или экономическими соображениями или производственными возможностями ремонтных мастерских (наличием соответствующего технологического оборудования).

 

Для гильз принята следующая  схема технологического процесса ремонта [4]:

 

1) правка;

 

2) восстановление размеров посадочных поясков;

 

3) устранение неисправностей опорного  буртика;

 

4) восстановление внутренней рабочей  поверхности;

 

5) цинкование наружной поверхности;

 

6) контроль.

 

3.1 Правка гильзы

 

При дефектовке гильз проверяют  овальность центрирующих посадочных поясков. При овальности поясков больше допустимого размера гильзу подвергают правке. Нагрузку прилагают по максимальной оси овала. В процессе правки упругая деформация гильзы не должна превышать 20 мм. После правки каждую гильзу проверяют на магнитном дефектоскопе для обнаружения возможных трещин.

 

Гильзы правят на специальном гидравлическом прессе (рис. 3.1) с приводом от топливного насоса. Насосная установка смонтирована под столом и управляется педалью. Гильзу ставят на нижнюю алюминиевую  подушку 7 с войлочной прокладкой 1.

 

Подушка 7 закреплена на сварной станине 6 пресса. Нагрузку на деталь прикладывают через верхнюю подушку 3 с войлочной  прокладкой 2, которая подвешена  при помощи Т-образного паза к  грибку плунжера 4 так, что может

 

 

Рис. 3.1. Пресс для правки гильзы

 

самоустанавливаться по гильзе в процессе правки. Верхняя подушка для облегчения выполнена из алюминиевого сплава с  тем, чтобы по возможности разгрузить возвратные пружины, скрытые в защитных колпачках 5. Предохранительный клапан гидравлического пресса ограничивает усилие правки в пределах 2500 кг. При большем усилии возможно возникновение трещин.

 

3.2 Восстановление размеров посадочных поясков

 

Для гильз, в зависимости от величины износа центрирующих поясков, установлено  три маршрута их ремонта.

 

К первому маршруту относят детали с незначительным (до 0,09 мм) износом  поясков. Эти детали не требуют наращивания  поясков.

 

По второму маршруту ремонтируют детали с износом центрирующих поясков не более 0,2 мм. Пояски с таким износом наращивают способом хромирования.

 

В третий маршрут включают гильзы с износом центрирующих поясков  более 0,2 мм. Для этих деталей рекомендуется  наращивание поясков виброконтактной наплавкой.

 

Признаком для бракования гильзы являются глубокие раковины на рабочей поверхности  и на поясках, возникающие вследствие коррозии, которые нельзя устранить  шлифованием. [3]

 

Если на поверхности центрирующих поясков нет коррозии и не требуется их наращивания, то при их ремонте ограничиваются слесарной обработкой. Напильником зачищают выступающие неровности металла на кромках поясков. Поверхность поясков рекомендуется полировать наждачным полотном зернистостью 18–140. При наличии коррозии и износе до 0,2 мм пояски гильзы шлифуют, хромируют и вторично шлифуют до нормальных размеров. Для шлифования посадочных поясков на круглошлифовальном станке деталь устанавливают на центровую оправку (рис. 3.2) с двумя соосными коническими грибками. Обрабатываемую гильзу базируют по неизношенным нерабочим фаскам, расположенным по концам отверстия.

 

 

Рис. 3.2. Центровая оправка для  шлифования поясков гильзы:

 

1 – втулка; 2 – гайка; 3 – оправка

 

Для хромирования поясков гильз  применяют индивидуальные подвесные  приспособления. Поверхности, не подлежащие хромированию, изолируют перхлорвиниловым пластикатом. После обезжиривания  и анодной обработки пояски гильз хромируют в сернокислом электролите. Для получения блестящего осадка принимают плотность тока 45–50 а/дм2, температуру электролита 55–60° С. Толщина слоя хрома должна быть 0,15–0,2 мм.

 

Хромированные пояски шлифуют корундовым кругом зернистостью 46–60, твердостью СТ1 – СТ2.