Технология ремонта клапанного механизма ДВС

Технология ремонта клапанного механизма ДВС

Реферат

Технология ремонта клапанного механизма ДВС

Введение

клапан двигатель износ

О надежности и долговечности машины судят обычно по стабильности рабочих характеристик, заложенных в ней при изготовлении. В условиях эксплуатации стабильность рабочих характеристик двигателя может нарушаться вследствие многих причин, вызывающих неисправности его механизмов и систем. Неисправности могут возникнуть в результате нарушения регулировок, устранимых в процессе эксплуатации, или вследствие естественного износа деталей сопряжений, не устранимого простой регулировкой.

Долговечность, как правило, определяется естественным износом сопрягаемых деталей, в основном износостойкостью таких сопряжений, как гильза цилиндра - поршень, поршневое кольцо - канавка поршня, поршневой палец - бабышка поршня, поршневой палец - втулка шатуна, шейки коленчатого вала - подшипники, клапан - гнездо клапана в головке цилиндров.

Поддержание коэффициента технической готовности на высоком уровне в значительной мере определяется степенью удовлетворения их потребностей в запасных частях. Обеспечение потребностей предприятий по эксплуатации и ремонту техники в запасных частях осуществляется за счет изготовления и восстановления деталей. В этих условиях большое внимание должно уделяться экономному использованию материальных средств, развитию работ по восстановлению деталей. При этом в 5 - 8 раз сокращается объем технологических операций по сравнению с изготовлением новых одноименных изделий. Стоимость восстановления, как правило, на 30 - 50% ниже затрат на производство новых аналогичных изделий. На различных типах предприятий разработаны и усовершенствованы технологические процессы и оборудование, которые позволяют восстанавливать многие детали автомобилей прогрессивными методами, обеспечивающими их послеремонтные ресурсы на уровне, близком к доремонтным. Научно-исследовательские и учебные институты проводят различные исследования в области совершенствования организации ремонта и восстановления деталей. Соединение гильза цилиндра - поршень является одним из соединений, подвергающихся наибольшему износу в двигателях внутреннего сгорания. Поэтому разработка технологии ремонта гильз является важной задачей для улучшения качества ремонта двигателей.

1.     
Дефекты, возникающие при эксплуатации

Клапаны. Открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, соединяющих цилиндры с газопроводами системы питания, происходят при помощи клапанов. Клапан (рис. 3.7, а) состоит из плоской головки 16 и стержня 1, соединенных между собой плавным переходом. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, диаметр головки впускного клапана делают значительно больше, чем диаметр выпускного. Так как клапаны работают в условиях высоких температур, изготавливают из высококачественных сталей. Впускные клапаны делают из хромистой стали, выпускные - из жаростойкой, как последние соприкасаются с горячими отработавшими газами и нагреваются до температуры 600...800'С. Высокая темпера нагрева клапанов вызывает необходимость установки в головку цилиндров специальных вставок 15 из жаропрочного чугуна, которые называются седлами. Применение вставных седел повышает срок службы головки цилиндров и клапанов.

Для плотного прилегания к седлам рабочие поверхности головок клапанов делают коническими, в виде тщательно обработанных фасок (под углами 45 или 30'). Стержни 1 клапанов имеют цилиндрическую форму. Они перемещаются в чугунных или металлокерамических направляющих втулках 2, запрессованных в головку блока. На конце стержня проточены цилиндрические канавки под выступы конических сухариков 10, которые прижимаются к конической поверхности тарелки 9 под действием пружины 8. В дизелях Я МЗ, КамАЗ и двигателях автомобилей ГАЗ, «Москвич», ВАЗ для улучшения резонансной характеристики и повышения работоспособности газораспределительного механизма клапаны прижимаются к седлам не одной, а двумя пружинами. В этом случае направление витков пружин делается различным, чтобы при поломке одной из пружин ее витки не попали между витками другой и не нарушилась безотказная работа клапанного механизма.

На впускных клапанах под опорные шайбы или в верхней части направляющих втулок (у двигателей ЗИЛ, КамАЗ, ЗМЗ) устанавливают резиновые манжеты или колпачки 7(см. рис. 3.1), которые при открытии клапанов плотно приживаются к его стержню и направляющей втулке, вследствие чего устраняется возможная утечка (подсос) масла в цилиндры через зазор между втулкой и стержнем клапана (при такте впуска). В двигателях ЗИЛ-508 и -511 для лучшего отвода теплоты от выпускных клапанов введено натриевое охлаждение. С этой целью клапан делают полым и его полость заполняют на 3/4 объема металлическим натрием 13 (см. рис. 3.7, а). Натрий имеет высокую теплопроводность и плавится при температуре 98'С. Во время работы двигателя расплавленный натрий омывает внутреннюю полость клапана, при этом теплота от его головки передается к стержню и через направляющую втулку и головку цилиндров отводится к охлаждающей жидкости.

В клапанном приводе двигателей ЗМЗ (см, рис.3.1), кроме сухариков 10 и тарелки 8 имеется коническая втулка 9, плотно охватывающая сухарики и соприкасающаяся с тарелкой узким кольцевым пояском. Вследствие этого уменьшается трение в этом соединении и клапан может проворачиваться под действием усилия, передаваемого через коромысло, что способствует снятию нагара с головки и седла клапана и предотвращает их обгорание.

Для этой же цели выпускные клапаны V-образных карбюраторных двигателей ЗИЛ имеют механизм принудительного вращения. Он состоит из корпуса 4(см. рис. 3.7, а), который расположен в углублении головки цилиндра 14 на направляющей втулке 2 закрепленной замочным кольцом 3; пяти шариков 5, установленных вместе с возвратными пружинами 12 в наклонных пазах корпуса; опорной шайбы 6 и конической дисковой пружины 11. Пружина 11 и шайба 6 свободно надеты на выступ корпуса и закреплены на нем замочным кольцом 7. При закрытом клапане, когда усилие пружины 8 невелико (рис. 3.7, б), дисковая пружина 11вьгнута наружным краем вверх внутренним упирается в заплечики корпуса 4 механизма вращения. При этом шарики 5 в конических пазах корпуса отжаты возвратными пружинами 12 в крайнее положение. Когда клапан начинает открываться, усилие пружины 8 возрастает, в результате чего дисковая пружина 11 (рис. 3.7, в) выпрямляется и передает усилие пружины 8 на шарики 5, которые перекатываясь по наклонным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину 11, опорную шайбу 6, клапанную пружину 8 сам клапан относительно его первоначального положения.

Во время закрытия клапана усилие клапанной пружины уменьшается. При этом дисковая пружина 11 прогибается до своего исходного положения и освобождает шарики 5, которые под действием возвратных пружин 12 возвращается в первоначальное положение, подготавливая механизм вращения к новому циклу поворота клапана.

При частоте вращения коленчатого вала около 3000 об/мин частота вращения выпускного клапана достигает 30 об/мин. Чтобы обеспечить плотное прилегание головки клапана к седлу, необходим определенный тепловой зазор между стержнем клапана и носком (винтом) коромысла. Тепловые зазоры в клапанах изменяются вследствие их нагрева, изнашивания и нарушений регулировок. Когда зазор в клапанах увеличен, они открывается не полностью, в результат чего ухудшается наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания, а также повышаются ударные нагрузки на летали клапанного механизма.

При недостаточном зазоре клапаны неплотно садятся на седла, вследствие чего происходят утечки газов, образование нагара с обгоранием рабочих поверхностей седла и клапана. Из-за неплотной посади клапанов при такте сжатия рабочая смесь может попадать в выпускной газопровод, а в процессе такта расширения газы, имеющие высокую температуру, могут прорываться в впускной газопровод, вследствие чего в этих газопроводах возможны хлопки или вспышки, что являлся признаком неплотной посадки клапанов.

Для плотного прилегания головки клапана к седлу тепловой зазор устанавливают между носком коромысла 11 (см. рис. 3.1) и торцом стержня клапана 2 при нижнем расположении распределительного вала (у двигателей ЗИЛ-508, КамА3-740, ЗМЗ-511 и др.) или между рычагом 3 (см. рис. 3.2, а) привода впускного клапана 1 и кулачком 4 при верхнем расположении распределительного вала (у двигателей ВАЗ-2105, -2107).

В двигателях заднеприводных автомобилей ВАЗ тепловой зазор должен составлять 0,15 мм как для впускных, так и для выпускных клапанов. При их регулировке отвинчивают контргайку 6 и, вращая регулировочный болт 5, устанавливают указанный зазор между рычагом 3 и кулачком 4 на двигателе в холодном состоянии.

У двигателей УЗАМ-331.10 автомобилей «Москвич-21412» при верхнем расположении распределительного вала тепловой зазор h, (см. рис. 3.2, б) устанавливают между наконечником 8 регулировочного болта 5 и торцом стержня впускного клапана 1.

В непрогретых двигателях ЗИЛ-508, ЗМЗ-511 и дизелях ЯМЗ- 238М2 зазор впускных и выпускных клапанов должен составлять 0,25...0,30 мм, в дизелях КамАЗ зазор для впускных клапанов составляет 0,25...0,30 мм, а для выпускных - 0,35... 0,40 мм. В этих двигателях для регулировки теплового зазора в клапанах. (рис. 3.8) служит регулировочный винт 3 с контргайкой 2 ввернутый в коромысло 1.

2.Технология устранения дефектов клапанов ДВС

Аудиодиагностика

Важным условием определения причины нефункционального стука ГРМ является аудиодиагностика «стучащей» ГЦ с использованием стетоскопа, эффективного и недорогого (около 300 рублей) инструмента.

Аудиодиагностика стетоскопом позволяет: ― исключить влияние общего шума двигателя, маскирующего источник стука; ― подтвердить или опровергнуть наличие нефункционального стука; ― определить характер стука; ― определить интенсивность стука; ― определить зависимость стука от температуры и частоты вращения; ― определить зону расположения источника стука. Использование данных аудиодиагностики позволяет более корректно спланировать действия по дополнительной диагностике и устранению дефекта. Аудиодиагностику целесообразно повторять на одном двигателе неоднократно после различных этапов устранения дефекта. Виды стуков ГРМ Акустические показатели ГРМ с непосредственным приводом клапана зависят от взаимного расположения деталей, их формы и от зазоров в сопряжениях пар трения. Отклонения геометрии деталей от требований КД, износ в процессе эксплуатации приводят к значимому изменению акустических показателей. Стуки различаются характером звука, интенсивностью звука, частотой, зависят от температуры и частоты вращения двигателя.

.1 Стук клапанов

Под «стуком клапанов» понимается стук клапана о седло из-за повышенной скорости посадки клапана в седло (посадка с ударом). Повышение скорости посадки происходит при отклонении зазоров в сопряжении «регулировочная шайба - затылок кулачка распредвала» в большую сторону от требований КД, которые составляют: впускные клапаны (0,20±0,05) мм, выпускные - (0,35±0,05) мм. Стук проявляется при зазорах выпускных клапанов более 0,4 мм, впускных клапанов более 0,25 мм в виде характерного постоянного металлического стука с частотой вращения распределительного вала двигателя. Устраняется регулировкой зазоров.

.2 Стук направляющих втулок клапанов

Под «стуком направляющих втулок клапанов» понимается стук клапана о седло и о направляющую втулку из-за значимого радиального смещения клапана в момент посадки в седло. Смещение становится значимым при износе направляющей втулки выпускного или впускного клапана до зазора «втулка-клапан» более 0, 3 мм. Стук стабильно проявляется при частоте вращения коленчатого вала от 800 до 1000 об/мин-1 в виде постоянного металлического стука, напоминающего «стук клапанов». Отличается от «стука клапанов» наличием периодов уменьшения или полного исчезновения стука при плавном изменении частоты вращения от 1200 до 2000 мин-1. При комплектации плоским толкателем или при износе сферы толкателя (пятно контакта от 5 до 8 мм) стук проявляется при частоте вращения от 800 до 900 мин-1 и имеет «плавающий» характер. Плавающий характер стука объясняется различным нагружением торца клапана в момент вращения толкателя в направляющей и, соответственно, возникновением различных опрокидывающих моментов на клапан со стороны толкателя, определяющих посадку клапана в седло.

Стук прослушивается на ГЦ в зонах, близких к седлу клапана. При прогреве двигателя усиливается. Интенсивность стука зависит от следующих факторов: ― величины износа направляющей втулки клапана; ― величины зазора между толкателем и направляющей толкателя; ― отклонений от круглости толкателя и направляющей толкателя; ― величины неперпендикулярности торца клапана; ― точности изготовления и величины износа сферы толкателя; ― величины несоосности направляющей втулки и седла клапана; ― величины несоосности направляющей втулки и направляющей толкателя; ― величины неперпендикулярности и непараллельности торцов внутренней и наружной пружин клапанов и их взаимного расположения; ― деформации направляющей толкателя; ― формы износа направляющей втулки клапана; ― величины зазора между затылком кулачка и регулировочной шайбой. При условии отсутствия опрокидывающего момента на клапан со стороны толкателя «стук направляющей втулки» может не проявиться и при зазоре «втулка-клапан» более 0,3 мм. При зазоре «втулка-клапан» более 0,3 мм стук устраняется заменой направляющих втулок или головки цилиндров. При наличии износа сферы толкателя в некоторых случаях стук устраняется подбором толкателя, обеспечивающего минимальный зазор в направляющей и со сферой, соответствующей КД.

.3 Стук толкателя в направляющей

Под «стуком толкателя в направляющей» понимается стук толкателя о стенки направляющего отверстия в ГЦ при радиальном перемещении толкателя из-за повышенного радиального зазора между деталями. Зазор по КД от 0,025 до 0,070 мм. При зазоре более 0,100 мм между толкателем и направляющим отверстием радиальное перемещение толкателя может вызывать звонкий металлический стук. На ГЦ с зазором «втулка-клапан» до 0,15 мм проявляется незначительно, при зазоре «втулка-клапан» более 0,15 мм интенсивность стука возрастает. Стук прослушивается на ГЦ со стороны свечей зажигания в нижнем положении толкателей. Интенсивность стука зависит от следующих факторов: ― величины зазора между толкателем и направляющей толкателя; ― отклонений от круглости толкателя и направляющей толкателя; ― точности изготовления и величины износа сферы толкателя. Устраняется заменой толкателя или ГЦ на соответствующие требованиям КД.

Стук регулировочной шайбы в толкателе «Стук регулировочной шайбы в толкателе» может быть четырех видов. Стук торца регулировочной шайбы о стенки гнезда толкателя под шайбу из-за повышенного зазора между шайбой и стенками. Зазор по КД от 0,009 до 0,059 мм. При зазоре более 0,070 мм между регулировочной шайбой и толкателем возможно возникновение стука, напоминающего «стук клапанов». Устраняется заменой толкателя или регулировочной шайбы на соответствующие требованиям КД.

Стук нижней поверхности регулировочной шайбы об опорную поверхность днища толкателя из-за эффекта «опрокидывания» шайбы кулачком при уменьшении диаметра опорной поверхности толкателя менее 28,0 мм. По КД этот диаметр должен быть не менее 28,6 мм. Устраняется заменой толкателя на соответствующий требованиям КД.

Стук нижней поверхности регулировочной шайбы об опорную поверхность днища толкателя из-за перекладки шайбы на попавшей под неё металлической стружке или другой посторонней твёрдой частице. Устраняется удалением стружки или других посторонних частиц. Стук нижней поверхности регулировочной шайбы об опорную поверхность днища толкателя при колебаниях шайбы из-за возмущения огранкой на кулачках распределительного вала. Устраняется заменой распределительного вала на соответствующий требованиям КД.

.4 Стук распределительного вала

«Стук распределительного вала» может быть нескольких видов. Стук заднего фланца распределительного вала о ГЦ и корпус вспомогательных агрегатов на карбюраторных двигателях или заглушку на двигателях с ЭСУД из-за повышенной величины люфта вала в осевом направлении. Стук провоцируется передачей на распределительный вал усилия от осевого перемещения ремня привода ГРМ по рабочей поверхности шкива распределительного вала. По КД величина осевого люфта распределительного вала на новом двигателе составляет от 0,15 до 0,53 мм. Порог возникновения стука может варьироваться от 0,8 до 1,0 мм осевого люфта вала. Стук проявляется при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 800 до 900 мин-1 в виде характерного периодического металлического стука с интервалами от 3 до 5 с.Имеет резонансный характер. Прослушивается на боковой поверхности заглушки распределительного вала. Стук устраняется заменой деталей для уменьшения суммарного зазора в сопряжениях «ГЦ - задний фланец распределительного вала - корпус вспомогательных агрегатов (заглушка)» до требуемой КД величины (0,15-0,53) мм или хотя бы менее 0,70 мм. Возможно устранение стука заменой ремня привода ГРМ для устранения активного осевого перемещения ремня по шкиву распределительного вала.

Стук поверхностей шеек распределительного вала о поверхность опор ГЦ из-за увеличенных зазоров между шейками и опорами. По КД зазор между шейками и опорами составляет для нового двигателя от 0.069 до 0.110 мм. Предельно допустимым при износе является зазор 0,200 мм. Стук проявляется при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 1800 до 2200 мин-1 и носит резонансный характер. Устраняется заменой ГЦ или распределительного вала.

Стук поверхностей шеек распределительного вала о поверхность опор ГЦ из-за повышенного радиального биения средних шеек относительно крайних. По КД биение не должно превышать 0,02 мм. Порог возникновения стука -биение 0,05 мм. Стук проявляется при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 800 до 1500 мин-1. Устраняется заменой распределительного вала. 3.5.4 Стук поверхностей шеек распределительного вала о поверхность опор ГЦ из-за повышенной несоосности или повышенной нецилиндричности опор в ГЦ. Стук проявляется при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 800 до 2000 мин-1. Устраняется заменой ГЦ. 

После аудиодиагностики опытный специалист способен достаточно точно указать место источника стука. Однако даже предварительный вывод о причине стука целесообразно делать только после проведения органолептического контроля состояния деталей квалифицированными специалистами. Органолептический контроль целесообразно проводить до метрологических измерений, так это менее трудоёмкая операция, позволяющая к тому же сузить фронт проведения измерений. 4.1 Визуальный осмотр торцов клапанов. Внешний вид деталей способен подсказать как месторасположение источника стука, так и причину. Например, на Рис. показаны торцы клапанов с правильным симметричным и неправильным несимметричным расположением пятна контакта от толкателя, вызывающим появление радиального давления стержня клапана на направляющую втулку и резкое увеличение её износа.

Несимметричность пятна контакта вызывается неперпендикулярностью торца к стержню, а также смещением сферы толкателя или отклонением её формы. Визуальный осмотр толкателей и стержней клапанов. Помимо радиального усилия стержня клапана на втулку активно влияет на её износ также и качество поверхности стержня. На Рис. 6 показаны примеры отклонений от требований КД поверхности стержня клапана.

Визуальный осмотр направляющих втулок клапанов. Геометрия направляющей втулки клапана также влияет на её износ. На Рис. показан пример отклонения от требований КД внутренней поверхности втулки.

Визуальный осмотр седел клапанов

При визуально различимом износе седел клапанов или при различимой несимметричности геометрии седел можно с большой степенью вероятности предполагать, что это внесло значимую лепту в стук и в износ направляющих втулок клапанов. При проведении органолептического контроля может проводится также оценка легкости взаимного перемещения деталей, субъективная (на глаз) оценка величины осевых и радиальных люфтов.

5.Измерения

Если после аудиодиагностики можно достаточно точно указать место источника стука, а после проведения визуального контроля состояния деталей можно сделать предварительный вывод о причине стука, то окончательный вывод целесообразно делать только после метрологического контроля деталей и анализа соответствия результатов измерений требованиям технической документации. Объём проведения различных видов контроля, требования конструкторской документации к новым изделиям, предельные величины допустимых значений параметров деталей ГРМ, отклонения от которых приводят к износу направляющих втулок клапанов сведены в таблицу "Рекомендации УПД ДТР для двигателей 21083, 2111 и их модификаций по диагностике и кодированию дефектов, приводящих к износу направляющей втулки клапана".

Заключение

. Проведенный анализ рабочей схемы взаимодействия деталей клапанного механизма позволил установить необходимость внедрения технологического процесса, который обеспечивает требуемый уровень качества ремонта за счет повышения точности взаимного положения и обработки рабочих поверхностей деталей клапанной группы.

. Установлена закономерность изменения формы седел клапанов и отверстия направляющей втулки при износе в процессе эксплуатации, которая выражается формированием эллипса с однонаправленным смещением центра. Полученные данные послужили обоснованием для определения допустимых величин отклонения формы и смещения осей седел и направляющих втулок с ограничением по параметрам герметичности в сопряжении клапан-седло и остаточному ресурсу работы деталей клапанной группы после проведения ремонта.

Литература

1. Аллилуев, В.А. Техническая эксплуатация машинно−тракторного парка/ В.А. Аллилуев, А.Д. Ананьин, В.М. Михлин. - М.: Агропромиздат, 1991. - 366 с.

. Аллилуев, В.А. Практикум по эксплуатации машинно-тракторного парка / В.А. Аллилуев, А.Д. Ананьин, А.Х. Морозов. - М.: Агропромиздат, 1987. - 304 с.

. Система технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственных машин по результатам диагностирования. - М.: Информагротех, 1995. - 64 с.

. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта/ М −во автомоб. трансп. РСФСР. −М.: Транспорт, 1986. − 73 с.

. Кузнецов, А.П. Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник для вузов. 3 −е изд., перераб. и доп. /В.С. Кузнецов, А.П. Болдин, В.М. Власов - М.: −Наука, 2001. −535 с.

. Нормативы численности рабочих, занятых техническим обслуживанием и текущим ремонтом подвижного состава автомобильного транспорта. - М.: Экономика, 1988. − 207 с.

. Черноиванов В.И. Технологическое оснащение сервисных предприятий/ В.И. Черноиванов, А.Э. Северный, В.Н. Лосев − М.: ГОСНИТИ, − 1997. - 136с.

. Ананьин А.Д. Диагностика и ТО машин/ А.Д. Ананьин, В.М. Михлин, И.И. Габитова, А.С. Иванов. - М.: Академия, 2008. - 428 с.

. Техническая эксплуатация зерноуборочных комбайнов «ДОН-1500», «Вектор»: Справочник. - Ростов-на-Дону: Ростсельмаш, 2004. - 116 с.

. Карпов А.М. Дипломное проектирование по эксплуатации МТП / А.М. Карпов, А.Н. Иншаков, А.И. Панков. - Саранск: РИО МГУ им. Н.П. Огарева, 2009 - 223 с.

. Справочник инженера-механика сельскохозяйственного производства. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003 - 337 с.

. Варнаков В.В. Технический сервис машин сельскохозяйственного назначения / В.В. Варнаков, В.В. Стрельцов и др. - М.: Колос, 2003 - 252 с.

. Волкова Н.А. Экономическая оценка инженерных проектов / Н.А. Волкова, В.В. Коновалов и др. - Пенза.: РИО ПГСХА, 2002. - 241 с.