Тема: «Сборка, балансировка, обкатка и испытание двигателей»
Вопросы:
1. Сборка двигателей.
2. Балансировка двигателей.
3. Обкатка и испытание автотракторных и комбайновых двигателей.
1. Сборка двигателей.
Качество ремонта двигателя во многом зависит от правильности комплектования и сборки отдельных его узлов.
При сборке двигателей следует учитывать, что при затяжке головки происходит деформация гильз. Овальность гильз цилиндров после сборки, например, двигателей АМ-41, как показали исследования, увеличивается в 3 раза против исходной в свободном состоянии и в 2,5 раза превышает, допустимые значения по техническим условиям на сборку.
Средняя овальность гильз цилиндров после сборки составляет 0,084 мм, максимальная — 0,14 мм. Максимальная овальность располагается внизу гильзы, в плоскости оси коленчатого вала. Примерно такая же картина наблюдается у гильз двигателей СМД-14.
Закономерный характер монтажной деформации гильз цилиндров обусловлен недостаточной жесткостью верхней плиты блок-картера в зонах перемычек между цилиндрами и каналов для подвода охлаждающей жидкости и неравномерным удельным давлением на опорный бурт гильзы.
С увеличением монтажной овальности гильз цилиндров возрастает расход масла на угар и износ поршневых колец в период приработки двигателей АМ-41.
Основные узлы двигателя нужно собирать строго в технологической последовательности, соблюдая технические условия, предъявляемые к отдельным сопряжениям. Во время сборки узлов следует пользоваться специальными приспособлениями и стендами, облегчающими сборочные операции и предотвращающими возможность повреждения деталей.
Балансировка двигателей после ремонта. Одна из основных причин, вызывающих быстрое изнашивание деталей, — неуравновешенность собранного двигателя, что проявляется в виде его вибрации во время работы.
Основные причины вибрациии двигателя. Нарушение соосности крышки (или кожуха картера) муфты сцепления с коленчатым валом при обезличивании крышки и блока — основная причина вибрации. На заводе-изготовителе окончательную обработку гнезд под коренные подшипники в блоке цилиндров и отверстия крышки муфты сцепления выполняют совместно.
Нарушение соосности отверстия в крышке и гнезд в блоке приводит к перекосу и биению вала и всей муфты сцепления, что вызывает появление центробежных сил. Поэтому проверка соосности и центровка отверстий крышки (или картера) муфты сцепления с осью коленчатого вала при сборке двигателя— необходимая операция.
Исследования показывают, что неисправности таких узлов, как вентилятор, дизельная топливная аппаратура, а также большая разница в массе нижних головок комплекта шатунов и т. п. тоже усиливают вибрацию двигателя. Если разность в массе одного комплекта шатунов в целом не превышает 10 г, то разность в массе шатунно-поршневой группы превышает 150 г, что служит одной из основных причин появления значительных упругих колебаний коленчатого вала и вибрации двигателя в целом.
На уравновешенность двигателя влияет и его тепловое состояние. Уравновешенность двигателя теряется при его охлаждении и вновь восстанавливается после прогрева до температуры, при которой проводилась балансировка. По этой причине балансировка двигателя должна выполняться при рабочих температурах двигателя, охлаждающей жидкости и масла.
Амплитуда вибрации двигателя также зависит от частоты вращения коленчатого вала (рис. 1).
Зависимость амплитуды вибрации двигателя от частоты вращения коленчатого вала
Рис.1 Зависимость амплитуды вибрации двигателя от частоты вращения коленчатого вала: А – амплитуда, n – частота вращения.
Учитывая изложенные явления, заводы, выпускающие тракторные двигатели (СМД-14, АМ-1 и др.), проводят их балансировку при стендовых испытаниях.
Заводская балансировка уравновешенности, однако, нарушается после разборки, ремонта и замены деталей. Это подтверждается такими данными: более 50% отказов тракторов Т-74 и-ДТ-75 происходит из-за повышенной вибрации двигателя. Вызываемые неуравновешенностью двигателя высокочастотные вибрации приводят к значительному износу не только деталей самого двигателя, но и деталей трансмиссии машины.
Благодаря балансировке, проводимой после ремонта, значительно снижается количество поломок, усталостных трещин, обрывов крепежных деталей и т. п. Надежность и долговечность двигателя в связи с этим возрастают примерно на 25%. За счет снижения непроизводительных затрат энергии на вибрацию и усиленное изнашивание деталей примерно на 10—12% повышается полезная мощность двигателя.
Неуравновешенность двигателя включает собственную неуравновешенность отдельных подвижных деталей и общую монтажную неуравновешенность вращающихся масс коленчатого вала с шатунами, маховиком и муфтой сцепления в сборе и других механизмов, вызванную неточностью изготовления отдельных деталей, их подбором по массе и сборкой узлов.
Если собственная неуравновешенность коленчатого вала двигателя СМД-14 допускается в среднем в пределах 40—50 г-см, маховика — 40—60 г-см, муфты сцепления — 400—500 г-см, что з сумме составляет 500—600 г-см, то суммарная неуравновешенность этого двигателя достигает 3000 г-см, что явно недопустимо.
Большая часть дисбаланса создается при сборке двигателя в основном за счет неуравновешенности и смещения муфты сцепления. Если у автомобильных двигателей коленчатый вал, маховик и муфты сцепления в сборе в условиях заводов-изготовителей и ремонтных заводов можно динамически сбалансировать, то у тракторных двигателей ввиду их конструктивных особенностей этого сделать не удается. Операция балансировки тракторного двигателя во время его испытания на стенде заключается в постановке (в специально предусмотренные на упорном диске муфты сцепления отверстия с резьбой) балансировочных грузов — в виде специальных болтов с большой головкой. Эти грузы компенсируют обнаруженный дисбаланс вращающихся деталей собранного двигателя.
2. Балансировка двигателей.
Балансировка двигателей в условиях ремонтных предприятий выполняется на обычных электротормозных стендах конструкции ГОСНИТИ. Эти стенды оборудованы упругой подвеской испытываемого двигателя на опорах специальным уравновешиваемым приводом и виброметром ЭВМ-БП. Жесткость пружин подвески подобрана таким образом, что собственная частота горизонтальных колебаний двигателя на стенде (на листовых пружинах) составляет 4—6 Гц и вертикальных (на тарельчатых пружинах) — 6—8 Гц. Благодаря этому система двигатель—подвеска находится далеко в зарезонансной области, что обеспечивает большую виброизоляцию и высокую точность балансировки.
Двигатель удерживается на стенде собственным весом, без крепления.
Амплитуда его вибрации, а также вес и угловое расположение (фаза) балансирующего груза определяются виброметром ЭВМ-БП, устанавливаемым на задней опоре двигателя.
Собственная неуравновешенность приводного вала может существенно исказить результаты балансировки. Поэтому приводной вал стенда должен быть предварительно тщательно динамически отбалансирован путем ввертывания грузов в специально предусмотренные резьбовые отверстия на фланцах соединительной муфты вала, обращенной к двигателю.
Перед балансировкой двигатель должен быть прогрет, т. е. температура масла, воды и давление масла доведены до рабочих пределов, а частота вращения коленчатого вала постепенно доведена до максимальной (у СМД-14 до 1790—1850 об/мин) и проверена устойчивость работы двигателя на режиме холостого хода.
Далее виброщуп датчика устанавливают в горизонтальное положение и его конец упирают в картер маховика, тумблер прибора переключают в положение «датчик», измеряют амплитуду колебаний и по таблице, специально заранее составленной, подбирают массу груза, который следует ввернуть в отверстие диска муфты сцепления.
После этого тумблер виброметра переключают в положение «фазометр» и поворотом ручки лимба фазометра в ту или иную сторону от 0 до 360° по шкале определяют угловое расположение отверстия, куда должен быть ввернут подобранный балансирующий груз, соответствующий моменту максимального показания измерителя прибора. Для достоверности найденного угла эту операцию проделывают 2—3 раза.
После этого двигатель постепенно останавливают, открывают защитный кожух приводного вала стенда и поворотом вала за вороток устанавливают найденный по фазометру угол на лимбе вала, используя отметку на крышке генератора против центра люка на крышке муфты сцепления. Открывают люк крышки муфты сцепления. Против отметки в люке должно стать одно из отверстий на упорном диске муфты сцепления, куда и ввертывают подобранный уравновешивающий груз.
В случае несовпадения одного из отверстий с центром люка уравновешивающий груз распределяют, пользуясь специальной номограммой, между двумя ближайшими отверстиями по обе стороны от центра люка. В эти отверстия ввертьнзают подобранные грузы, закрывают люк, запускают двигатель и повторно проверяют амплитуду колебаний, которая должна быть не более 30 мкм.
Если амплитуда колебаний по прибору превышает допустимое значение, операцию балансировки повторяют. Если в отверстии, куда нужно ввернуть подобранный балансировочный груз, уже есть груз, то его нужно вывернуть и повторить балансировку.
В тех случаях, когда двигатель не поддается балансировке и амплитуда колебаний превышает 300—350 мкм, двигатель отправляют на полную переборку.
3. Обкатка и испытание автотракторных и комбайновых двигателей.
Для обкатки и испытания тракторных, комбайновых и автомобильных двигателей служат универсальные электротормозные обкаточные стенды СТЭ-40-1000 ГОСНИТИ; СТЭУ-28-1000 ГОСНИТИ; для пусковых двигателей — стенды СТЭ-7-1000 и СТ-2,8-1500.
Они состоят из электрического двигателя-тормоза представляющего собой асинхронный электродвигатель трехфазного пременнного тока с фазным ротором, трехступенчатого редуктора, реостата, весового механизма с пультом, приспособлений для установки двигателей и замера расхода топлива.
Редуктор стенда позволяет получить различные скоростные режимы обкатки.
Обкатку и испытание двигателей, согласно техническим условиям, рекомендуется проводить на основном (картерном) масле дизельных двигателей — на индустриальном 30, пусковых двигателей ПД-10 и ГІД-10М при холодной обкатке—на дизельном топливе, вводимом через систему питания, а горячую—на смеси, состоящей из 15 частей (по объему) автомобильного бензина и 1 части масла, применяемого для смазки основного двигателя.
Для улучшения и ускорения приработки трущихся поверхностей рекомендуется применение менее вязких жидкостей, чем заливаемых в картер двигателя. Так, для сталеалюминиевых вкладышей рекомендуется смесь из 80% масла Дп-11 и 20% индустриального 20. Для вкладышей из свинцовистой бронзы — смесь из 28% масла Дп-11 и 72% индустриального 20. Рекомендуется также масло веретенное 2, смесь веретенного 2 и дизельного масел в соотношении 1:1; 2-процентный раствор эмульсола в воде, добавление в масло серы 0,8—1%.
Режимы обкатки. Обкатка и испытание двигателей включают в себя несколько последовательных этапов: холодная обкатка, обкатка на газу без нагрузки, обкатка на газу под нагрузкой, испытание и контрольный осмотр.
Холодная обкатка двигателей начинается с медленного прокручивания коленчатого вала (500—600 об/мин) вначале с выключенной, а затем с включенной компрессией. Продолжительность холодной обкатки составляет от 20 мин (ПД-10, ПД-10М) до 100 мин (КДМ-100, Д-108). Частоту вращения коленчатого вала повышают постепенно.
Обкатка на газу без нагрузки характеризуется также постепенным повышением частоты вращения, начиная с минимальной. Продолжительность обкатки двигателей на газу без нагрузки составляет от 20 до 40 мин.
Обкатка на газу под нагрузкой продолжается от 20 мни (ПД-10, ПД-10М) до 1 ч 40 мин (КДМ-100, Д-108). Затем проводится испытание на мощность и расход топлива, контрольный осмотр и приемка двигателя из ремонта.
Испытание двигателей проводится для выявления качества ремонта, правильности регулировок механизмов и, кроме того, определения мощности, часового и удельного расходов топлива.
или
При работе с редуктором на повышающей или понижающей передачах мощность двигателя подсчитывают по формуле:
или
- мощность двигателя, л. с или КВт
- нагрузка по весовому механизму стенда, Н
- крутящий момент, Нм
- к. п.д. редуктора, равный 0,98
1000 и 9550 – коэффициенты
Часовой расход топлива определяется по формуле:
- расход топлива, кг/ч
- масса топлива, израсходованного во время испытания, г
- время испытаний, с
Удельный расход топлива соответственно находят из выражения:
Где
- уд. расход топлива, мкг/Дж
- расход топлива, кг/ч
После обкатки и испытаний проводится контрольный осмотр двигателя: его устанавливают на стенд и снимают картер, масляный насос с приводом, крышки с вкладышами шатунных и коренных подшипников. При осмотре особое внимание обращают на состояние рабочих поверхностей цилиндров, шатунных и коренных шеек и их подшипников. Пользуются эталонами чистоты поверхности.
После проверки обнаруженные в процессе обкатки, испытаний и контрольного осмотра неисправности устраняют, собирают двигатель и проверяют при работе на газу без нагрузки в течение 10 мин. Если при контрольном осмотре были заменены основные детали кри-вошипно-шатунного механизма, то такой двигатель подвергают повторной обкатке, испытанию, а после этого контрольному осмотру.
Особенности процесса обкатки (приработки). В начальный период обкатки наблюдается ускоренный износ, рабочие фильтры быстро загрязняются и ухудшается очистка масла. Кроме того, повышенная работа трения вызывает нагрев трущихся поверхностей, а вместе с ними и масла. Поэтому на хорошо организованных испытательных станциях ремонтных предприятий применяют проточно-циркуляционную систему смазки, которая выполняется в нескольких вариантах.
В отличие от тракторных двигателей отремонтированные автомобильные двигатели во время обкатки не подвергают испытаниям. Вследствие этого предупреждается разрушение поверхностей трения, но ухудшается контроль качества ремонта.
Для исключения недостатков этих режимов обкатки применяется способ испытания двигателей после ремонта при тарированном ограничении мощности. На двигателе закрепляют ограничитель мощности, который снижает ее и изменяет удельный расход топлива.
Данные исследований показали, что двигатели следует испытывать при ограниченной мощности, равной 70—80% предельной. Ограничитель мощности полезно сохранять в течение всего срока обкатки (в течение 50—60 ч) для предохранения двигателя от перегрузок. Авторемонтные предприятия предпочитают двухстадийную обкатку: холодную без нагрузки и под нагрузкой или горячую без нагрузки и под нагрузкой.