WYŻSZA SZKOŁA MORSKA w SZCZECINIE WYDZIAŁ MECHANICZNY |
LABORATORIUM TECHNOLOGII REMONTÓW |
Nazwisko i imię: Robert Dąbrowski Jakub Jósewicz Grzybek Tomasz Dźbik Tomasz
|
||||
|
Nr ćwicz: 1
|
Temat ćwiczenia: POMIARY ZUŻYCIA TULEI CYLINDROWEJ.POMIARY ZUŻYCIA TŁOKA .POMIARY WYSOKOŚCI ROWKÓW PIERŚCIENIOWYCH I PIERŚCIENI ORAZ POMIARY LUZÓW .POMIARY ZUŻYCIA KORBOWODU |
|
|||
|
|
|
Rok akademicki: 1998/1999 |
|||
Data wyk. ćwicz.: 26.10.1999 |
Data oddania spraw.: 07.12.1999 |
Ocena: |
Podpis wykładowcy: |
Grupa : III MAa Zespół : 2 |
Pomiary zużycia tulei cylindrowej .
1.1. Wstęp .
Wewnętrzna powierzchnia tulei cylindrowej wraz z głowicą i denkiem tłoka ograniczają przestrzeń roboczą silnika . Tuleja cylindrowa jest bezpośrednio narażona na mechaniczne , cieplne i korozyjne działanie spalin , a ponadto ulega zużyciu ( ścieraniu ) wskutek tarcia wywołanego posuwisto- zwrotnym ruchem tłoka .
Na obciążenia tulei cylindrowej składają się naprężenia wywołane ciśnieniem gazów oraz naprężenia cieplne powodowane gradientami temperatur w kierunkach promieniowym , osiowym , a w tulejach silników dwusuwowych - także obwodowym . Ograniczenia swobodnego , promieniowego odkształcania się tulei w partiach styku z blokiem cylindrowym pod wpływem przyrostu temperatury wywołują dodatkowo wielokierunkowy stan naprężeń .
Założone konstrukcyjnie temperatury , a na ich podstawie naprężenia termiczne, mogą znacznie wzrosnąć , jeśli warunki chłodzenia tulei cylindrowej będą odmienne od założonych . Powodem zmian warunków chłodzenia są najczęściej zanieczyszczenia odkładające się po zewnętrznej stronie tulei ( mokrej ) . Są to zanieczyszczenia w postaci kamienia kotłowego . Zanieczyszczenie to powoduje znaczny spadek efektywności procesu chłodzenia tulei wskutek gorszej wymiany ciepła pomiędzy jej gorącymi ściankami a omywającą wodą . Kamień kotłowy działa bowiem jak izolator . Konsekwencją tego zjawiska jest wzrost temperatury ścianek tulei a to z kolei prowadzi do obniżenia wytrzymałości materiału , wzrost naprężeń związanych z rozszerzalnością cieplną oraz niebezpieczeństwem wystąpienia korozji wysokotemperaturowej . Obecne w paliwie popioły wanadowo-sodowe , powodują korozję atakującą te części silnika których temperatura jest wyższa od temperatury topnienia tych popiołów. Proces korozji wysokotemperaturowej polega na zaburzaniu struktury materiału na granicy ziaren .
W przypadku natomiast gdy temperatura tulei będzie zbyt niska , co dzieje się w przypadku zbyt intensywnego chłodzenia silnika , lub gdy silnik nie jest dostatecznie rozgrzany przed rozruchem , mamy do czynienia z korozją niskotemperaturową ( zwłaszcza przy silnikach zasilanych paliwem ciężkim zawierające znaczne ilości siarki ) . Obniżona temperatura wiąże się z pogorszeniem przebiegu spalania . Spalanie jest niecałkowite i niezupełne . Siarka zawarta w oleju napędowym częściowo spala się do SO2 czyli dwutlenku siarki , a część do SO3 . Trójtlenek siarki łączy się z wodą zawartą w paliwie i powstaje kwas siarkowy ( H2O+SO3 =>H2SO4 ) o właściwościach silnie korozyjnych.
W niniejszym ćwiczeniu pomiarom poddana została tylko wewnętrzna strona (gładź cylindrowa) przy założeniu , że nowa tuleja została wykonana zgodnie z wymaganiami technicznymi , następnie została prawidłowo zamontowana ( bez deformacji ) oraz że podczas eksploatacji nie uległa odkształceniom . Stosując takie uproszczenie można stwierdzić , że czynnikami powodującymi zużycie gładzi tulei cylindrowych są :
Siła tarcia T = u * PN = f ( PN ) występująca pomiędzy pierścieniami tłokowymi oraz nośną powierzchnią tłoka a gładzią tulei cylindrowej ;
Korozja powstająca podczas spalania ;
Korozja spowodowana skroplonymi produktami spalania zawierającymi SO2 , CO itp.;
Zanieczyszczenie w postaci pyłu oraz twardych osadów i popiołów , powstających w czasie spalania się paliwa i oleju smarującego ( erozja gładzi ).
Nie bez znaczenia jest również średnie oraz maksymalne ciśnienie spalania , prędkość obrotowa , średnia prędkość tłoka , chropowatość gładzi ilość i sposób ustawienia zaworów , chłodzenie tulei , błędy ustawienia układu korbowo- -tłokowego itp.
1.2. Przebieg ćwiczenia :
Pomiarów zużycia tulei dokonywaliśmy dwoma przyrządami , mianowicie średnicówką oraz średnicówką czujnikową . Tuleję umieściliśmy na płycie traserskiej tak jak na schemacie .
Schemat układu pomiarowego nr.1:
Lp |
A-A Φ[mm] |
B-B Φ[mm] |
h |
1 |
180,08 |
180,06 |
27,5 |
2 |
180,06 |
180,07 |
51 |
3 |
180,07 |
180,08 |
77 |
4 |
180,06 |
180,02 |
166 |
5 |
180,04 |
180,02 |
263,2 |
Schemat układu pomiarowego nr.2
Lp |
A-A Φ[mm] |
B-B Φ[mm] |
h |
1 |
180,07 |
180,07 |
27,5 |
2 |
180,09 |
180,07 |
51 |
3 |
180,07 |
180,06 |
77 |
4 |
180,06 |
180,04 |
166 |
5 |
180,03 |
180,02 |
263,2 |
Wnioski :
Na wykresie zużycia tulei cylindrowej widać wyraźnie że jeden z punktów wyraźnie odbiega od pozostałych na tej wysokości . Mianowicie chodzi tu o punkt ( 0,02 ; 134 ) przy pomiarze średnicówką w płaszczyźnie B-B . Najprawdopodobniej jest to wynik błędu studenta obsługującego przyrząd. Pozostałe punkty na wykresie można przyjąć za poprawne . Rozbieżności w położeniu punktów pomiarowych na wykresie wynikają m.in. z faktu , iż zużycie w przekroju podłużnym tulei cylindrowej nie jest symetryczne względem osi tulei , oraz że proces zużywania się tulei przebiega z różną intensywnością w płaszczyźnie przechodzącej przez osie tulei cylindrowych silnika , a inaczej w płaszczyźnie do niej prostopadłej .
Z wykresu wynika również , iż badana tuleja uległa wyraźnemu zużyciu korozyjnemu w górnej części , z jednoczesnym znacznym zużyciem ściernym . Najprawdopodobniej jest to wynikiem niewłaściwych warunków cieplnych i niedostatecznego olejenia , dużej zawartości popiołów w paliwie , lub może być to spowodowane przez zasysany pył ( uszkodzony filtr powietrza dolotowego ) .
Pomiary zużycia tłoka , sprawdzanie przecięcia oraz prostopadłości osi tłoka i otworów sworznia tłokowego i wysokości rowków pierścieniowych oraz grubości pierścieni .
2.1. Pomiar średnicy tłoka ,wysokości rowków i grubości pierścieni .
Tłok przekazuje siły wynikające z ciśnienia gazów za pośrednictwem korbowodu na wał silnika oraz prowadzi górną część korbowodu ( silniki bezwodzikowe ) . Warunki pracy tłoka w cylindrze są bardzo niekorzystne , ponieważ działają nań wysokie ciśnienia , nagrzewa się do wysokiej temperatury i porusza się z dużą prędkością . Duże przyspieszenia tłoka w ruchu posuwisto-zwrotnym wywołują duże siły bezwładności .Znaczne obciążenie spowodowane ciśnieniem gazów i siłami bezwładności przy dużej prędkości ruchu i niemożliwości realizacji tarcia płynnego określa wielkość pracy tarcia , a więc zużycie tłoka i gładzi cylindrowej .
Wysoka temperatura pogarsza własności mechaniczne metalu , z którego wykonany jest tłok , a różnice temperatur poszczególnych części lub powierzchni tłoka powodują dodatkowo powstawanie wewnętrznych naprężeń cieplnych , które mogą powodować pęknięcia . Przy zmianie temperatury tłoka zmieniają się jego wymiary , co może doprowadzić do naruszenia ustalonych luzów w miejscach współpracy z innymi elementami i wywołać związane z tym konsekwencje , np. zatarcie tłoka w cylindrze .
Ze względu na zadania pierścienie tłokowe dzielą się na uszczelniające i zagarniające .
Zadaniem pierścieni uszczelniających jest zapobieganie przedostawaniu się ładunku z cylindra do komory korbowej , rozprowadzanie oleju po górnym fragmencie gładzi cylindrowej , zagarnianie go oraz odprowadzanie części ciepła od tłoka do tulei cylindrowej .
Jednym z podstawowych warunków właściwej pracy pierścienia jest zapewnienie mu odpowiedniego luzu osiowego , promieniowego oraz luzu na zamku pierścienia .
2.1.1. przebieg ćwiczenia .
Tłok ustawiliśmy na płycie traserskiej i dokonaliśmy pomiarów średnicy na różnej wysokości i w różnych płaszczyznach ( tak jak na schemacie ) za pomocą mikrometru . Pomiarów wysokości rowków pierścieniowych dokonaliśmy za pomocą wzorców , natomiast grubości pierścieni mikrometrem .
Schemat układu pomiarowego .
Wyniki pomiarów tłoka :
Lp. |
A-A d[mm] |
B-B d[mm] |
h [mm] |
1 |
179,42 |
179,31 |
13 |
2 |
178,39 |
179,20 |
80 |
3 |
179,86 |
179,91 |
120 |
Wyniki pomiarów wysokości rowków i grubości pierścieni :
Lp. |
w [mm] |
g [mm] |
Wartość luzów osiowych |
1 |
2,8 |
2,65 |
1,5 |
2 |
2,8 |
2,65 |
1,5 |
3 |
3,14 |
2,85 |
2,9 |
4 |
6,1 |
brak pierścienia |
- |
2.2.Sprawdzanie przecięcia osi tłoka i osi otworów sworznia tłokowego .
W celu sprawdzenia przecięcia się osi ustawiamy tłok z umieszczonym sworzniem na pryzmach tak jak na schemacie . Następnie ustalamy jego położenie tak aby oś otworów sworznia była równoległa do płaszczyzny stołu traserskiego na którym ustawione są pryzmy . Następnie za pomocą czujnika zegarowego dokonujemy pomiarów odległości górnej krawędzi sworznia od stołu przy czym pomiary są dokonywane w ustalonej odległości od tworzącej tłoka . Wyniki umieszczamy w tabeli . Następnie obracamy tłok o 1800 i powtarzamy procedurę .
Schemat układu pomiarowego:
Wyniki pomiarów :
Lp. |
Wskazanie czujnika [mm] |
L [m] |
|||
1 ( położenie początkowe) |
0,47 |
0,47 |
0,25 |
||
2(po obróceniu tłoka o1800) |
0,33 |
0,33 |
0,25 |
||
Różnica wysokości |
0,14 |
0,14 |
0,25 |
||
Odchyłka w [mm/m] |
0,56 |
- |
2.3.Sprawdzanie prostopadłości osi tłoka i osi otworów sworznia .
Tłok z umieszczonym wewnątrz sworzniem ustawiamy na stole traserskim . Następnie ustawiamy czujnik zegarowy w pewnej ustalonej odległości od tworzącej tłoka tak że końcówka pomiarowa dotyka górnej krawędzi sworznia , poczym zerujmy skalę przyrządu . Ostatnią czynnością jest pomiar po przeciwległej stronie tłoka ( w tej samej odległości ) . Wyniki zamieszczamy w tabeli .
Schemat układu pomiarowego :
Wyniki pomiarów :
Lp. |
Wskazania przyrządu [mm] |
L [m] |
Odchyłka w [mm/m] |
1 |
0 |
0,25 |
0,08 |
2 |
-0,02 |
0,25 |
|
2.4.Pomiar średnicy sworznia ( graniastości )
Pomiarów średnicy sworznia dokonujemy za pomocą mikrometru w dwóch prostopadłych do siebie płaszczyznach .
Wyniki pomiarów :
Lp. |
A-A w[mm] |
B-B w [mm] |
||
1 |
85,49 |
85,48 |
||
2 |
85,46 |
85,44 |
||
3 |
85,49 |
85,49 |
||
Odchyłka od graniastości min max |
||||
1 |
+0,02 |
-0,03 |
||
2 |
+0,02 |
-0,03 |
||
3 |
+0,02 |
-0,03 |
Wnioski :
Jak wynika z pomiarów średnica tłoka nie jest jednorodna .Wynika to m.in. z faktu , iż przyjmuje się dla tłoków poprawkę na rozszerzalność cieplną w górnej jego części . Zabieg ten pomaga zmniejszyć niepożądane naprężenia .
Jednym z warunków poprawnej pracy pierścienia jest zapewnienie odpowiedniego luzu osiowego , promieniowego oraz luzu na zamku pierścienia .
Przyczyną przyspieszonego zużycia pierścieni może być wynik długotrwałej pracy silnika z nadmiarem paliwa ( zbyt bogatej mieszanki ) które osiadając na ściankach cylindra , powoduje zmywanie filmu olejowego .
Pomiary przecięcia osi tłoka i osi otworów sworznia wykazały iż odchyłka odległości między nimi wynosi 0,56 [mm/m] , a to oznacza że wartość ta nie mieści się w granicach tolerancji 0,2÷0,3[ mm/m] .
W przypadku pomiaru prostopadłości osi odchyłka wynosi 0,08 mm , co oznacza że i ten wynik nie mieści się w granicach tolerancji 0,02 ÷ 0,03 mm . Badany tłok nie nadaje się zatem do dalszej eksploatacji
Zużycie sworznia w jego środkowej części ,wskazuje na fakt , iż jest to sworzeń połączony na sztywno ( na wcisk ) z tłokiem , natomiast luźno z łbem korbowodu . Wzrost zużycia sworznia powoduje zwiększenie się luzów w układzie tłokowo korbowym oraz możliwość przekoszenia tłoka w tulei cylindrowej , i nierównomierny rozkład sił trących na poszczególnych pierścieniach
3.Pomiary zużycia korbowodu .
Zasadniczym zadaniem korbowodu jest zamiana ruchu posuwisto - zwrotnego tłoka na ruch obrotowy wału korbowego .
Podczas pracy silnika korbowód obciążają siły ciśnienia gazów oraz siły bezwładności o zmiennym kierunku działania , pochodzące od masy tłoka i samego korbowodu . Wymienione siły , mające w pewnych okresach pracy silnika charakter uderzeniowy powodują : ściskanie , wyboczenie , a w silnikach szybkobieżnych również zginanie .Zły stan techniczny korbowodu jest często przyczyną poważnych awarii silnika np.: zatarcia tłoka , uszkodzenia sworznia , uszkodzenia czopa wału korbowego . Pomiar równoległości osi otworów korbowodu ma na celu , wykrycie błędów wzajemnego ustawienia otworów , tj. nierównoległości otworów i skręcania otworów .
3.1.Pomiary równoległości osi otworów korbowodu .
W otworach korbowodu umieszcza się trzpienie ( wałki ) kontrolne . Jeden z trzpieni opiera się swymi końcami o parę pryzm , drugi wsparty jest punktowo () . Odchyłkę równoległości trzpienia w płaszczyźnie pionowej mierzy się za pomocą czujnika zegarowego na obu jego końcach . Następnie dokonuje się zamiany podparcia korbowodu .W miejscu , gdzie trzpień był podparty punktowo , podpiera się go na pryzmach i odwrotnie w przypadku przeciwległego końca korbowodu . Pomiaru dokonuje się jak poprzednio .
Wyniki zamieszczamy w tabeli .
Schemat układu pomiarowego nr 1:
Wyniki pomiarów :
Lp. |
Odległości między osiami w [mm] |
Odchyłka od równoległości w [mm/m] |
l [m] |
Uwagi |
|
1 |
525,68 |
525,46 |
0,63 |
0,35 |
Pomiar dokonany przy podparciu stopy korbowodu na pryzmach i punktowym łba korbowodu |
2 |
525,69 |
525,45 |
0,69 |
0,35 |
Pomiar dokonany przy podparciu łba korbowego na pryzmach i punktowym stopy korbowodu |
3.2.Pomiar wichrowatości korbowodu .
Podobnie dokonuje się pomiarów wichrowatości korbowodu . Po ustawieniu korbowodu jak poprzednio dokonuje się pomiarów różnicy odległości między płaszczyzną stołu traserskiego a górną krawędzią trzpienia . Pomiaru dokonuje się po obu stronach korbowodu i po obu jego końcach , tak jak pokazuje schemat układu pomiarowego .
Schemat układu pomiarowego nr 2
Wyniki pomiarów :
Lp. |
Oś stopy korbowodu |
Oś łba korbowodu [mm] |
Odchyłka [mm/m] |
L [m] |
Uwagi |
||
|
[mm] |
|
|
|
|
||
1 |
0 |
0,09 |
0 |
0,19 |
0,30
|
0,35 |
Pomiar dokonany przy podparciu punktowym łba korbowodu ... |
2 |
0 |
0,07 |
0 |
0,13 |
0,17 |
0,35 |
Pomiar dokonany przy podparciu punktowym stopy korbowodu ... |
Wnioski :
W przypadku pomiarów równoległości osi otworów korbowodu , odchyłka wyniosła 0,69 i 0,63 [mm/m] . Wyniki wskazują zatem iż badany korbowód znacznie odbiega wartością tego parametru od wymaganych ( ≤ 0,2 mm/m )
Wyniki pomiarów wichrowatości natomiast pozwalają stwierdzić iż wymagania jakie stawiane są korbowodom bezwodzikowych silników spalinowych pod względem tego parametru są spełnione ( ≤ 0,4 ) . Wyniki pomiarów są następujące : 0,30 i 0,17 .
Niespełnienie jednak choćby jednego z tych parametrów determinuje przydatność korbowodu do dalszej eksploatacji .
A
A
B
B
h
Φ180
l
Φ180
h
B
B
A
A
w
B
B
A
A
h
g
l2
L
l1
L
L