Андрій Новицький, Сергій Карабиньош, канд. техн. наук, доценти, Новицький Юрій, студент, НУБіП України
Система охолодження двигуна призначена для примусового відведення від деталей зайвої теплоти й виведення її в навколишнє повітря. Внаслідок цього створюється оптимальний температурний режим, за якого двигун не перегрівається і не переохолоджується.
На переважній більшості двигунів застосована рідинна система охолодження закритого типу з циркуляцією охолоджувальної рідини від водяного насоса. Найоптимальніший тепловий режим роботи двигуна створюється за температури охолоджувальної рідини 80 – 95°С, і забезпечується системою охолодження двигуна. Остання, своєю чергою, має велику кількість вузлів і деталей, від працездатності яких залежить її надійність.
У системах охолодження двигунів найчастіше використовують насоси відцентрового типу, які зазвичай складаються із корпусу, вала з робочим колесом та ущільнення. Здебільшого на двигунах використовують вал із дворядним підшипником і торцеве ущільнення. Конструкція насоса охолоджувальної рідини, що стала вже традиційною, забезпечує найбільшу компактність насоса незалежно від способу його приводу. Торцеве ущільнення насоса зазвичай містить графітове кільце, яке притискається до торця робочого колеса насоса пружиною, встановленою всередині або зовні гумової фігурної манжети, герметизуючи порожнину підшипника. Між порожниною дворядного підшипника й ущільненням обов’язково має бути дренажний отвір для охолоджувальної рідини, оскільки навіть незначне її витікання призведе до вимивання мастила з підшипника, а отже, до швидкого його пошкодження та руйнування.
Насос охолоджувальної рідини приводиться в дію від колінчастого вала разом із іншими важливими агрегатами, такими як генератор, компресор та насос гідропідсилювача керма. Вихід з ладу насоса може мати серйозні наслідки й для інших деталей і систем двигунів. Зазвичай встановлюють два варіанти приводу насоса – клиновим або зубчастим пасом. Украй рідко облаштовують привід роликовим ланцюгом, оскільки цей варіант ускладнює конструкцію двигуна й знижує його надійність.
Найпоширенішим є привід насоса клиновим пасом. В окремих конструкціях автотракторних двигунів одним пасом разом із водяним насосом приводиться в дію генератор. Це найпростіший варіант приводу, але водночас він має певні недоліки. Генератор сучасного автомобіля споживає досить велику потужність, а це дуже часто призводить до зростання необхідного натягу паса і зусилля на підшипники насоса.
Привід насоса охолоджувальної рідини із зубчастим пасом також має певні недоліки. Такий привід є складнішим у обслуговуванні та ремонті порівняно зі схемою приводу клиновим пасом. Слід відмітити, що для приводу водяного насоса зубчастим пасом, небезпечним є руйнування підшипника і заклинювання насоса, оскільки воно може призвести до «проскакування» паса. Тому в процесі експлуатації або під час діагностування двигуна виявлення перших ознак спрацювання підшипників, таких як характерний шум під час роботи, потребує обов’язкової їх заміни.
На автотракторних двигунах закордонного виробництва застосовують схему приводу зі ступінчастим або плавним регулюванням швидкості обертання вентилятора, а також системи охолодження, до складу яких входять два вентилятори, що вмикаються автоматично окремо або одночасно залежно від температури охолоджувальної рідини.
У рідинних системах охолодження застосовують відцентрові насоси, які виконані для більшості автотракторних двигунів у спільному вузлі з вентилятором. Корпус насоса через ущільнювальну прокладку приєднаний болтами на передній частині блок-картера. У корпус насоса вмонтовано вал, який обертається в двох кулькових підшипниках, встановлених у чавунному корпусі, та зафіксований стопорним кільцем.
На задньому кінці вала (в заповненій водою порожнині корпусу) встановлена крильчатка, а на передньому – маточина. До останньої кріплять болтами шків і хрестовину шестилопатевого вентилятора. Саме така конструкція системи водяного охолодження визначає її надійність та забезпечує працездатність. Система рідинного охолодження двигуна Д-240 є типовою для двигунів із рядним розміщенням циліндрів. Підтікання охолоджувальної рідини з дренажного отвору, підвищений шум і стуки під час роботи вказують на несправність водяного насоса системи охолодження двигуна. Поява значного зазору в підшипнику або його руйнування можуть призвести до пошкодження серцевини радіатора крильчаткою вентилятора. Підвищений шум та стуки сигналізують про граничне спрацювання або руйнування підшипників насоса, ослаблення посадкового місця вала під приводний шків.
Корпус насоса системи охолодження виготовляють із алюмінієвого сплаву або з сірого чавуну. Основними дефектами корпусу підшипників водяного насоса є спрацювання торцевої поверхні під упорну шайбу; обломи торця гнізда і спрацювання отворів під задній та передній підшипники. Корпус відновлюють за наявності таких дефектів: спрацювання поверхонь під підшипники; тріщини, які не проходять через поверхні отворів під підшипники; пошкодження нарізних отворів; спрацювання опорної втулки; жолоблення площини, прилеглої до кришки, понад 0,05 мм.
Деталлю водяного насоса, яка передає обертальний рух від маточини з шківом до крильчатки, є суцільний, ступінчатий циліндричний вал, виготовлений із високовуглецевої легованої сталі. Поверхня на ділянці встановлення крильчатки має антикорозійне хромове покриття. Посадочні місця під підшипники і маточину загартовані струмом високої частоти на глибину 1,4 – 2,0 мм.
Основні дефекти вала – спрацювання поверхні під підшипники; спрацювання шийки під крильчатку; спрацювання паза під шпонки; ушкодження нарізних отворів.
Відновлення вала водяного насоса починають із виправлення центрових отворів, які надалі використовують як базові поверхні під час встановлення вала в центри верстата з приводом від повідкової планшайби. Цю операцію проводять на токарному верстаті центрувальним зенкуванням 22 мм із кутом 60°. Вал при цьому встановлюють у патрон токарного верстата.
Спрацьовані посадочні місця під підшипники, маточину вентилятора і поверхню сполучення з манжетою відновлюють шляхом наплавлення в середовищі вуглекислого газу. Перед цим поверхні попередньо проточують до розмірів, наведених у керівних ремонтних матеріалах. Наплавлення попередньо оброблених спрацьованих поверхонь виконують в один шар. Як електрод застосовують електродний дріт діаметром 1,6 – 1,8 мм Св-08, Св-08Г2С. Наплавлений шар має бути рівним і щільним, без глибоких раковин та пропусків. Механічна обробка наплавлених поверхонь полягає в шліфуванні їх на верстаті ЗБ151 до відповідних розмірів. Фаски та напливи з торців поверхонь посадочних місць знімають на верстаті шліфувальним бруском.
Основними можливими дефектами інших деталей водяного насоса є тріщини й корозія поверхні лопаток крильчатки; спрацювання внутрішньої поверхні втулок і шпонкової канавки. Деталі ущільнення вала водяного насоса двигунів СМД-60 та СМД-62 є взаємозамінними з деталями інших моделей двигунів СМД. Конструкція ущільнення вала така, що для підвищення зносостійкості ущільнення втулка виготовлена з бронзи.
Отвори в корпусі насоса виконано з метою контролю за роботою ущільнення, а протікання води з отвору є ознакою спрацювання ущільнень. Для заміни деталей ущільнення валика насоса та полегшення демонтажних робіт крильчатки мають три монтажних отвори під встановлення знімача. Овальність і конусність посадочних місць під підшипники має бути не більше як 0,02 мм. Взаємне биття поверхонь під передній і задній підшипники має бути не більше як 0,02 мм. Прогин паса на гілці шків вентилятор – натяжний ролик має бути 8 – 14 мм за зусилля 40 Н.
Порядок відновлення вала водяного насосу охоплює такі моменти: приймання у ремонт, миття, дефектування, токарна обробка, наплавлення в середовищі вуглекислого газу, шліфування чорнове й чистове, контроль технічного стану.
Слід пам’ятати, що підтікання охолоджувальної рідини з дренажного отвору або плями оливи на шківі приводу свідчать про руйнування ущільнень вала насоса. За появи несправностей водяний насос знімають і розбирають для заміни спрацьованих деталей. Якщо осьове переміщення валика у підшипниках перевищує 0,6 мм або спостерігається ослаблення внутрішніх кілець підшипників на валу, то валик замінюють у зборі з підшипниками. Підшипники підлягають заміні, якщо радіальний зазор у них перевищує 0,1 мм. За дефектування ущільнювальних шайб торцевого ущільнення допускаються кільцеві риски і сліди спрацювання завглибшки не більше як 0,5 мм, товщина шайби має бути не менше як 2,5 мм, а манжета не повинна мати наскрізних проривів.
Тріщини й обломи корпусу заварюють або усувають синтетичними матеріалами. Від відколювань на фланці і тріщинна корпусі позбавляються шляхом зварювання (деталь попередньо нагрівають). Тріщини можна заробляти епоксидною смолою. Спрацьовані поверхні під підшипники при зазорах не більше як 0,25 мм слід відновлювати герметиками.
За зазору понад 0,25 мм для усунення дефекту потрібно ставити тонкі (завтовшки до 0,07 мм) сталеві стрічки. За наявності тріщин, які проходять крізь кріпильні отвори, корпус водяного насоса вибраковують. Якщо тріщин немає, вимірюють посадочні поверхні корпусу під підшипники вала і результати порівнюють з допустимими значеннями.
Крильчатки можна виготовляти шляхом виливання їх із алюмінієвого сплаву або капрону. При цьому маточина (втулка) має бути сталевою.
Після відновлення корпус насоса має відповідати певним технічним вимогам: торцеве биття поверхні корпусу підшипників під шайбу крильчатки щодо осі отворів під підшипники не більше як 0,050 мм; биття торцевої поверхні бурту корпусу підшипників під корпус насоса щодо отворів під підшипники не більше як 0,15 мм; шорсткість поверхонь отворів під підшипники – не більше Rа 1,25 мкм.
Спрацьовані поверхні відновлюють наплавленням у середовищі вуглекислого газу з подальшим хромуванням або залізненням із наступним шліфуванням центрів. На ущільнювальну шайбу допускається спрацювання на глибину не більше як 0,5 мм. За більшого спрацювання шайбу замінюють. Під час установки вала слід закласти 100 г мастила у міжпідшипникову порожнину. Ущільнювальну шайбу і торець опорної втулки перед установкою варто покрити тонким шаром герметика або мастилом, що містить дизельну оливу й графіт.
Досвід ремонту насосів показує, що втрата герметичності ущільнення зазвичай пов’язана з появою тріщин у гумовій манжеті внаслідок старіння гуми і, відповідно, втрати її еластичності, спрацювання графітового кільця та торця крильчатки. Негерметичність насоса також буває наслідком навіть не дуже тривалої роботи двигуна на чистій воді взамін спеціальної охолоджувальної рідини. Водіям і трактористам варто пам’ятати, що дешевше вчасно усунути несправність, ніж доливати до системи охолодження воду, і через певний час замінювати або ж ремонтувати насос.
На автотракторних двигунах (ЯМЗ-240Б, КамаАЗ-740) вентилятор виконано окремо від водяного насосу й приводиться він у дію через гідравлічну муфту, яка забезпечує його автоматичне вмикання і вимикання. Натяг пасів водяного насоса і генератора рекомендується проводити в перші 50 год роботи, оскільки саме у цей період він найбільше розтягується.
У процесі експлуатації двигуна КамаАЗ-740 бажано слідкувати, аби отвори, виконані у корпусі водяного насоса, не були забрудненими. Верхній отвір служить для вентиляції порожнини між ущільненням і підшипником. Нижній – призначений для контролю герметичності ущільнення торця й одночасно виконує функцію дренажного отвору. За виявлення підтікання охолоджувальної рідини з нижнього отвору – торцеве ущільнення підлягає заміні.
Під час ТО-2 двигунів КамаАЗ-740 перевіряють і за потреби регулюють натяг паса вентилятора й генератора. Натяг пасів перевіряють шляхом натискання на середину найбільшої гілки із зусиллям 40 Н. Відрегульовані паси мають прогинатися на 15 – 22 мм. Натяг пасів вентилятора та генератора виконують зміною положення осі генератора.
Періодично варто перевіряти кріплення маточини водяного насоса, оскільки ослаблення кріплення шківа водяного насоса може призвести до пошкодження вентилятора, радіатора і водяного насоса. Для цього слід періодично перевіряти затягування гайки кріплення маточини шківа і за потреби негайно підтягнути гайку.
Водяний насос двигуна ЗіЛ має клинопасовий привід від шківа колінчастого вала двигуна. Привідний пас водяного насоса приводить у роботу також насос гідропідсилювача рульового керування. Його натяг регулюється переміщенням насоса гідропідсилювача. За нормального натягу прогин паса під дією зусилля 35 – 45 Н має бути в межах 8 – 14 мм. Для перевірки натягу пасів приводу вентилятора й водяного насоса застосовують лінійку-динамометр.
Після проведення ремонтних робіт і складання водяного насосу для перевірки його комплектності бажано провести контроль та випробування – складальні, регулювальні та кріпильні роботи. Після складання вал насоса має обертатися від руки вільно, без заїдання й доторкання крильчатки до поверхні корпусу. Випробування проводять на стендах для перевірки водяних насосів за температури води 85°С (± 10°С).
Попередньо слід обкатати насос без води протягом 2 хв для сухого притирання ущільнення крильчатки. Під час випробування насоса потрібно запобігати підтіканню води через ущільнення крильчатки, прокладки, нарізну поверхню, ущільнення патрубків. Нагрівання підшипників і нехарактерний шум – недопустимі. На початку обкатки й випробування можливе витікання води з дренажного отвору, яке до кінця випробування припиняється.
Нормальна робота водяного насоса і вентилятора залежить від надійної роботи привідних пасів, тому слід запобігати потраплянню на них палива та оливи, контролювати натяг, виконувати регулювання.
