Неисправности клапанов

Неисправности клапанов

Заедание (прилипание) стержня  клапана наблюдается при излишней смазке, а при недостатке смазки из-за схватывания металлов стержень изнашивается и образуются риски и вырывы. При малом зазоре между стержнем клапана и направляющей втулкой нарушается теплообмен, и это вызывает заедание клапана. Заедание клапана возможно также при его перегреве из-за неплотной посадки в гнезде.

Заедание клапана во втулке (прилипание) может вызвать плохое прилегание клапана к седлу. Если с таким дефектом клапана двигатель будет работать несколько часов, то это сопряжение откажет в работе.

Постепенное отложение продуктов  сгорания на стержне может вызвать  заклинивание клапана в направляющей втулке. При этом возможен изгиб  стержня.

Выгорание клапана и седла  происходит вследствие деформации седла, которая в свою очередь может  быть вызвана деформацией головки цилиндров. Широкие посадочные поверхности седла и клапана приводят к снижению удельного давления на уплотняющих фасках клапана и седла, следовательно, на этих поверхностях откладывается нагар, который приводит к неплотной посадке клапана и прорыву газов.

При дефектовке клапанов проверяют прямолинейность стержня и биение рабочей фаски головки относительно стержня, используя приспособление, показанное на рис. 45. Допустимое биение стержня клапана — 0,015 мм, а биение рабочей фаски — 0,03 мм.

На плите 12 приспособления закреплены две призмы 9, на которые устанавливают проверяемый клапан и прижимают его к центру 8 пальцем 5. Последний жестко связан с валиком 2, установленным во втулке 4 стойки 3. Сверху клапан прижат к призмам роликами 7 через коромысло 6. При вращении маховика 1 валик и палец поворачивают клапан на призмах. Индикаторы 10 и 11 показывают биение стержня и фаски.

Если биение стержня или  фаски больше предусмотренных техническими условиями значений, клапан правят. Изношенный стержень клапана хромируют или осталивают. Предварительно на бес-центрово-шлифовальном станке модели 3180 шлифовальным кругом ПП 500 X 150 X 305 Э60 СМ2К стержни выпускного и впускного клапанов шлифуют соответственно до 010, 700—10,745 мм и 010,790-10,765 мм. Шлифованные поверхности хромируют или осталивают до 011,020—10,995 мм и 011,040—11,015 мм и вторично шлифуют до номинального размера.

Изношенный торец стержня  клапана шлифуют «как чисто» на заточном станке модели ЗА64 шлифовальным кругом Э36-46 СМХБ 4К 100 X 13 X 20 ГОСТ 2424—52, используя  приспособление (рис. 46). При шлифовании обеспечивают размер от торца стержня  до кромки канавки не менее 5,5 мм. Для  проверки этого размера и биения торца стержня применяют приспособление (рис. 47). На плите / установлены призма 2, планка 3 и подставка 10. На подставке закреплен корпус 8, через втулку 5 которого проходит шток 4. В торец головки штока упирается ножка индикатора 9. Пользуясь рычажком 6", сжав пружину 7, шток отводят вправо и на призмы ставят клапан. Поворачивая клапан на призмах, по отклонению стрелки индикатора определяют величину размера от торца стержня до кромки канавки и биение торцовой поверхности стержня.

 
 
Для шлифования изношенной фаски используют специальный станок модели МШ-29 с шлифовальным кругом 500 X 20 X 305 Э60

 
 
CMiK ГОСТ 2424—52. Угол фаски выпускного клапана равен 45°30′+15′, а впускного — 60°30′ + 15′. После шлифования фаски высота цилиндрической части головки клапана должна быть не менее 1,5 мм. Шероховатость стержня клапана и рабочей фаски должна соответствовать V8.

Толкатели и коромысла  клапанов

Толкатели клапанов стальные (сталь 35 ГОСТ 1050—60), пустотелые. Для  повышения надежности пары кулачок — толкатель на сфере толкателя наплавлен специальный чугун. Твердость поверхности, наплавленной чугуном, равна HRC 60. Твердость цилиндрической наружной поверхности толкателя HRC 30—35. Основные дефекты толкателя клапана приведены в табл. 15.

 
 
При необходимости сферическую поверхность  толкателя шлифуют «как чисто», выдерживая высоту не менее 54 мм.

Цилиндрическую поверхность  детали обрабатывают до ремонтного размера 25,2Zo’,o22 мм или 25,4Zo’,o22 мм или хромируют.

Коромысла клапанов стальные, с бронзовой втулкой. Опорная  шаровая поверхность закалена т. в. ч. на глубину не менее 2 мм.

Изношенные бронзовые  втулки в коромысле заменяют новыми и растачивают до номинального или  ремонтного размера (21,8+0;о2 или 21,6+о’.о2 мм). В новой втулке, направляя сверло через отверстия в коромысле, сверлят масляные отверстия. Конусность и овальность втулки не должны превышать 0,005 мм; шероховатость поверхности должна быть не ниже у8. Изношенную сферическую поверхность R = 10 мм носка коромысла шлифуют.

Головка цилиндров

Детали клапанного механизма  и головка цилиндров двигателя ЗИЛ-130 работают в очень тяжелых условиях, которые характеризуются высокими рабочими температурами и напряжениями, возникающими от действия механических и тепловых нагрузок.

Поэтому при анализе повреждений  и причин их возникновения, при расчете  деталей и сопряжений на работоспособность  и прочность, при выборе технологического процесса на изготовление, ремонт и  сборку необходимым является знание рабочих температур и напряжений, возникающих в деталях и сопряжениях в условиях эксплуатации.

Головка цилиндров двигателя  ЗИЛ-130 служит не только крышкой цилиндров, но и несущим корпусом для клапанного механизма.

Головка изготовлена из алюминиевого сплава АЛ-4 (твердостью ЯВ-70), а в  гнезда клапанов запрессованы седла  из более твердого и износостойкого сплава.

Нарушение несущей способности  неподвижного соединения головка цилиндров — седло клапана относится к основным повреждениям, так как снижение прочности посадки седла является также одной из причин неплотной посадки клапана на седло.

При неплотной посадке  клапана на седло на отдельных  участках между клапаном и седлом образуются зазоры. Раскаленные газы под большим давлением и с  большой скоростью проходят в  образовавшиеся щели, поэтому поверхность фаски в этом месте интенсивно коррозирует, ухудшается прилегание фаскп к седлу. На поверхности фаски накапливаются продукты сгорания, вследствие чего нарушается герметичность сопряжения.

Анализ характерных повреждений  клапанов и их седел показывает, что примерно 90% всех повреждений возникает из-за нарушения герметичности сопряжения седло — клапан.

Напряжения, возникающие  в деталях сопряжения при посадке  с натягом и при действии механических и тепловых нагрузок в условиях эксплуатации, не должны  превышать допустимых значений, так как возможно нарушение условия неподвижности. 86

У головок цилиндров двигателя  ЗИЛ-130, поступающих в капитальный ремонт, данное повреждение носит, как правило, скрытый характер, однако встречается большое количество головок цилиндров с выпавшими вставными седлами выпускных клапанов.

Выпадение седел наблюдается  в основном у выпускного клапана  во 2 — и 3-м, в 6 — и 8-м, т. е. в средних  цилиндрах. Восстанавливать головки  цилиндров с такими дефектами  в большинстве случаев почти  невозможно.

Исследованиями инж. Б. К. Буравцева установлено, что у многих головок цилиндров, поступающих в капитальный ремонт, происходит деформация вставных седел клапанов.

Деформация седел носит  вполне определенный характер, а именно: большая ось овала параллельна  поперечной оси головки цилиндров. В табл. 16 указаны средние величины деформаций вставных седел клапанов, полученные измерением их внутреннего  диаметра.

Деформация вставных седел клапанов средних цилиндров почти в 2 раза больше, чем седел крайних цилиндров.

Посадочные гнезда головок  цилиндров после выпрессовки вставных седел клапанов имеют также овальную форму, эллипсность в отдельных случаях достигает 0,12—0,14 мм. Поверхности сопряжения, в особенности седел выпускных клапанов средних цилиндров, покрываются продуктами сгорания, поэтому можно сделать вывод, что в процессе эксплуатации площадь сопряжения уменьшается, а следовательно, прочность неподвижного соединения снижается. У некоторых головок цилиндров, поступивших в капитальный ремонт, потеря натяга в соединении вставное седло — головка цилиндров, в особенности у седел выпускных клапанов, составила более 80% первоначального натяга.

К факторам, влияющим на прочность  сопряжения седло клапана — головка  цилиндров, следует отнести: конструктивные (размеры и материал деталей сопряжения, величину первоначального расчетного натяга), технологические (качество, точность и способы обработки) и эксплуатационные (режимы работы двигателя, вызывающие температурную и силовую напряженность соединений деталей).

Известно, что неподвижное  соединение головка цилиндров —  седло клапана выполнено у  двигателя ЗИЛ-130 из разнородных  материалов. Охватывающая деталь —  головка цилиндров — отлита из алюминиевого сплава марки АЛ-4, а охватываемая деталь — вставное седло клапана — из легированного чугуна марки ХНМЧ. Сплав марки АЛ-4 по сравнению со сталью и чугуном обладает высоким коэффициентом линейного расширения, поэтому при выборе посадок для деталей, со-

пряженных с головкой цилиндров, необходимо учитывать это свойство. Следует отметить, что исследования инж. Б. К. Буравцева на образцах, вырезанных из головок цилиндров, и вставных седел клапанов, показали, что физико-химические свойства материалов деталей изменяются в зависимости от срока эксплуатации и функции выполненной работы. Так, измеренная микротвердость вставного седла у двигателей ЗИЛ-130, имеющих пробег свыше 100 тыс. км, оказалась почти вдвое больше, чем у аналогичных седел клапанов сразу же после изготовления. Прочностные свойства алюминиевого сплава головок цилиндров этих двигателей почти не изменились, а у некоторых головок цилиндров, поступивших в капитальный ремонт, оказались даже несколько выше. Это можно объяснить в первом приближении уменьшением уровня остаточных напряжений в период эксплуатации двигателя. Поэтому при восстановлении седел клапанов режимы обработки и применяемые режущие инструменты должны отличаться от соответствующих режимов и инструментов при изготовлении.