Возницкий И.В. Повреждения и поломки дизелей. ШАТУНЫ

EURO STAR

Ltd Чайка

Последние поступившие программы

Главное меню:

Возницкий И.В. Повреждения и поломки дизелей. Примеры и анализ причин 2006

Язык: Русский
Формат: pdf
Размер архива:13.6Mb

Скачать

Возницкий СУДОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Том 2

Возницкий И.В. - 2006
Повреждения и поломки дизелей.
Примеры и анализ причин

Начало

4. ШАТУНЫ
4.3 Шатунные болты

Шатунные болты или заменяющие их шпильки являются одной из наиболее ответственных деталей двигателей, их задача стягивать верхнюю и нижнюю половинки мотылевого подшипника. Ослабление болтов приводит к увеличению зазоров в мотылевом подшипнике, появлению динамических ударных нагрузок и, в конечном итоге, — обрыву болтов. Подшипник раскрывается, шатун срывается с шейки вала и вместе с поршнем проваливается вниз, вращающимся валом его вместе с остатками разбитого поршня выбрасывает за пределы картерного пространства. В итоге оказываются разбитыми стенки станины двигателя, на валу образуются глубокие выбоины и он, как правило, восстановлению не подлежит.
Классический вариант конструкции шатунного болта представлен на рис. 4.15.

Рис. 4.15. Шатунный болт.
Здесь видны три направляющих пояса, призонно подогнанных к отверстию в мотылевом подшипнике. Плотная посадка болта крайне важна, так как предотвращает взаимное смещение стягиваемых элементов подшипника и тем самым разгружает болт от срезывающих усилий, а также появления фретгинг коррозии на опорных поверхностях подшипника. В быстроходных двигателях задача предотвращения смещения половинок подшипника перекладывается на специальные замки или на зубцы, специально нарезаемые в плоскости разъема. Головка болта от проворачивания стопорится штифтом, либо сбоку на ней фрезеруется плоскость, входящая в соответствующий выступ в головке подшипника. Гайки от проворачивания фиксируются шплинтами, либо проволочной обвязкой. Но эти решения характерны для старых моделей двигателей. В новых двигателях, даже быстроходных, от механической фиксации отказались, и сохранение затяга гарантируется высокой точностью изготовления резьбы, допуски на которую обеспечивают наличие гарантированного натяга, и неуклонным соблюдением рекомендуемой фирмой технологии и момента затяга. Для фиксации резьбы ее рекомендуется при сборке смазывать специальной пастой «Thread lock» (замок резьбы). Для регулирования масляного зазора в мотылевом подшипнике в его разъеме устанавливался набор прокладок. В современных двигателях от прокладок отказались, так как их наличие снижает жесткость соединения и тем самым способствует увеличению нагрузок на шатунные болты, да и конструкция подшипников сегодня с переходом на тонкостенные вкладыши коренным образом изменилась.
Примеры поломок
В большинстве случаев обрывы шатунных болтов происходят у 4-х тактных двигателей и происходят по следующим причинам: 1. Недостаточная, чрезмерная или неравномерная затяжка болтов.
2. Ослабление затяга гайки болта.
3. Появление люфтов в подшипнике вследствие перегрева или подплавки подшипникового сплава, фреттинг-коррозия затылка вкладышей и поверхностей разъема подшипника.
4. Большая эллиптичность мотылевой шейки вала.
5. Плохое прилегание гайки или головки болта к их опорным поверхностям, неплотная посадка болта в отверстии головки
6. Заклинивание или заедание поршня.
7. Разнос двигателя.
1. Рис. 4.18 демонстрирует изгиб шатуна, деформацию крышки мотылевого подшипника,обрыв одного шатунного болта и обрыв второго.

Рис. 4.18. Обрыв болтов и повреждение шатуна.
Анализ поврежденных деталей показал наличие фреттинг-коррозии и следов задира на спинке вкладыша и поверхности отверстия под подшипник в головке. Фреттинг-коррозия и сопровождающий ее питтинг имелись также на поверхностях разъема крышки с шатуном. Это является свидетельством проворачивания вкладыша в связи с тем, что при сборке не был обеспечен необходимый натяг. В результате образовавшегося зазора возникли динамические удары, приведшие к повреждению резьбы гайки целого болта (см. рис.4.19). Под действием усиливающихся ударов гайка была сорвана с болта, крышка подшипника деформировалась и второй болт под действием изгибающих напряжений разорвался. Зона разрыва имеет пластичный характер с многочисленными следами развития усталостной трещины.

Рис. 4.19. Разрушение шатунного болта.

2. Обрыв двух шатунных болтов по первой нитке начала резьбы (рис. 4.20).

Одновременно на поверхностях отверстия под подшипник обнаружено наличие следов натяга металла, микро-сварки и фреттинг-коррозии. Это свидетельствует о том, что при работе имел место адгезионный износ затылков вкладышей и отверстия вследствие проворачивания вкладышей подшипников. В итоге отмеченных процессов происходит утонение вкладышей, что и спровоцировало появление динамических ударов. Небезынтересно отметить, что следы перегрева (появление цветов побежалости) концентрируются лишь в зоне наибольших нагрузок на поверхность подшипника, и не распространяются дальше. Это показывает, что в период аварии масло в подшипник поступало. Наличие фреттинг-коррозии на плоскостях разъема подшипника говорит о циклических ударах в разъеме еще при целых и затянутых болтах. Изучение поверхностей излома болтов (рис. 4.21) показывает, что первым оборвался

Рис. 4.21. Оторванные фрагменты шатунных болтов.
левый болт, здесь отмечается наличие большого количества циклов нагрузки, видимые признаки концентраци и напряжений отсутствуют. Причиной разрушения явилась циклическая перегрузка, появившаяся из-за появления зазора в зоне стыка подшипника. Второй болт разорвался последним, для этого оказалось достаточным малое число циклов перегрузки. Зоны усталостного и хрупкого излома занимают по половине от общей поверхности. 3. Поломка нижней головки шатуна и обрыв болтов (рис. 4.22).

Рис. 4.22. Обрыв болтов и поломка нижней головки.
Авария произошла в связи с обрывом нижнего болта, изучение поверхности излома показывает наличие зубцевидных впадин на накатанной поверхности резьбы (см. правую часть рис. 4.23),
Структура излома шатунного болта.

что видимо, произошло при предыдущем ремонте двигателя. Второй болт порвался после обрыва первого. Об этом свидетельствует гладкая пластичная поверхность излома с характерной для изгибных нагрузок «губой» конечной фазы разрыва — рис. 4.21. Обрыв части нижней головки и смятие вкладышей — результат последующих ударных нагрузок.
Обрыв противовеса
При работе главного двигателя 8NVD36 послышались громкие стуки и вахтенным механиком двигатель был остановлен. При осмотре было обнаружено:
1. На колене вала второго цилиндра произошел обрыв шпилек крепления противовесов, противовесы сорвались с места и застряли в районе лючков картера. От ударов на их поверхностях образовалось множество вмятин и забоин.
2. Шатун цилиндра N2 погнут, нижняя головка разбита на три части, шатунные болты разорваны.
3. Разбиты нижняя часть втулки цилиндра и поршня.
4. На рабочей поверхности мотылевой шейки второго цилиндра имеются повреждения в виде вмятин, царапин и выбоин глубиной до 1мм.
5. Вырваны и деформированы картерные лючки 2 цилиндра и выбиты куски картера.
В соответствии с инструкцией ревизия состояния подшипников и противовесов должна производиться через 18000 часов. После последней ревизии, связанной с заменой мотылевого подшипника цилиндра N2, двигатель отработал 3200часов, полный наработок составлял 70600 часов. Вероятной причиной обрыва противовеса именно на этом цилиндре является допущенный при ремонте перетяг шпилек крепления противовесов, приведший к появлению в них трещин. К сожалению, случаи обрыва противовесов не единичны.
Практические рекомендации
Для предупреждения обрыва шатунных болтов необходимо: при остановке двигателя после продолжительной работы проверять состояние стопорных устройств и затяжку гаек, если гайка недостаточно затянута или частично отвернута, проверить, не вытянулся ли болт. Ослабленный болт снять и проверить его состояние. При каждой разборке шатунного подшипника прове- рять состояние болтов (вытяжку, состояние резьбы, отсутствие трещин, забоин). Остаточное удлинение рекомендуется проверять через 4 — 5 тыс. часов работы микрометрической скобой и сравни