Краткая теория
К основным подвижным деталям двигателя относятся: поршни, шатуны, крейцкопфы коленчатые валы. Поршни предназначены для преобразования тепловой энергии полученной от сгорания топлива в возвратно-поступательное движение поршня. Поршневая группа-поршень , поршневые кольца, поршневой палец. Поршни судовых дизелей изготавливают из чугуна марок С424-44 и С428-48 и из алюминиевых сплавов марок АЛ-1, АЛ-19, АК-2, АК-4. Алюминиевые поршни значительно легче чугунных. Это важное преимущество поршней, так как от их массы зависят силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном механизме. Алюминиевые сплавы обладают высокой теплопроводностью, в связи с чем повышается теплоотдача от алюминиевых поршней к кольцам и втулке цилиндра. Температура такого поршня оказывается меньше чугунного.
Шатуны разделяются на два вида для тронковых и крейцкопфных двигателей, предназначены для передачи и преобразования с мотылёвой шейкой коленвала возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Шатуны изготовляётся из углеродистых сталей марки Ст30,35,40 , высокооборотных двигателях Ст 18ХНВА, 12 ХНЗА. Шатун состоит из основных элементов- верхней головки шатуна,стержня, нижней головки шатуна, шатунных болтов. Шатун соединяется с поршнем посредством поршневого пальца.
В крейцкопфных двигателя движение от поршня через шток передаётся на крестовину(крейцкопф) и через вильчатый шатун на на мотылеву шейку.
Коленчатый вал состоит из нескольких соосных коренных шеек, опирающихся на подшипники, и одного или нескольких кривошипов (колен). Каждый из кривошипиков составлен из двух щек и одной шейки, соединенной с шатуном. Он имеет передний конец и задний, выходящий за пределы двигателя и используемый для соединения с валом потребителя энергии. Основным материалом применяемом при изготовлении коленчатых валов это углнродисиые стали маркм Ст 30,35 40,50 ,также легированные стали 18ХНВА, 40ХНМ.
Коленчатые валы бывают цельными и составными.
Ход работы
1. Общее устройство поршней
Верхняя часть 6 поршня (рис. 1) называется головкой. Боковые стенки ее выполняют утолщенными по условиям прочности. В головке протачивают канавки для уплотнительных колец 5.
Бурт, окружающий днище поршня, имеет выемки 7 для свободного открытия впускного и выпускного клапанов. Отверстия “е” предназначены для рымов и скобы, за которые поршень вынимают из цилиндра. Так как при работе двигателя головка поршня сильно нагревается и расширяется, диаметр ее делают меньше внутреннего диаметра втулки. У некоторых двигателей разность между этими диаметрами достигает 2-3 мм. Диаметр направляющей части 3 (тронка или юбки) должны быть больше диаметра головки. Зазор между тронком и стенки втулки с каждой стороны составляет от 0,1 до 0,3 мм. В нижней части тронка расположено маслосъемное кольцо 1. Тронк под головкой имеет приливы – бобышки 8, в которых расточены отверстия для пальца 2, соединяющего поршень с шатуном. Так как в районе бобышек сосредоточена значительная масса металла, тронк будет иметь максимальное тепловое расширение в направлении оси пальца. В связи с этим |
Рис. 1. Поршень тронкового двигателя |
наружную поверхность его в районе приливов сошлифовывают, вследствие чего образуются так называемые холодильники 9 глубиной до 1 мм. Этим предотвращаются задиры поршня.
Чтобы уменьшить тепловое расширение тронка в направлении оси пальца выбирают карманы 2 (рис. 2). Благодаря им уменьшается масса поршня. Так как у данного двигателя 2 впускных и 2 выпускных клапана в цилиндре, поршень имеет сверху выемки 4.
Тепловое напряжение поршня у двигателей с наддувом настолько велико, что головку поршня приходится охлаждать. На водном транспорте для этого применяют масло, подводимое по шатуну. На рис. 3, а показано струйное охлаждение головки поршня. Для этого в верхней головке 2 шатуна проточена кольцевая канавка “а”, в которую по трубке 1 снизу под давлением проводится масло. Вытекая из сопла 3 струей, оно омывает изнутри днище 4 поршня, охлаждает его и стекает в поддон фундаментальной рамы. Б |
Рис. 2. Укороченный поршень |
||
Рис. 4. Поршневое кольцо
|
2. Уплотнительные кольца Чтобы предотвратить пропуск газов между поршнем и втулкой цилиндра на головке поршня устанавливают от трех до шести уплотнительных колец 5 (рис. 1). Их изготавливают из чугуна. В свободном состоянии кольца диаметр Dо (рис. 4,. а) больший, чем внутренний диаметр D втулки цилиндра. Кода собранный поршень заводят в цилиндр кольца сжимаются вследствие уменьшения зазора в замке “К” и в силу упругости прижимаются к стенке втулки. Замок “К” выполняется косым, с правым (рис. 4, б) или левым (рис. 4, в) направлением разреза. В любом случае замки на поршне располагают со смещением одного из них относительно другого. После заводки кольца зазор “С” в замке составляет 0,5-1,5 мм, по мере износа он увеличивается. |
||
Особенно быстро изнашивается верхнее кольцо, в связи с чем внешняя его поверхность покрывается слоем пористого хрома (у небольших двигателей она подвергается лужению или омеднению). Это необходимо для быстрой переработки новых колец к втулке. |
|||
3. Маслосъемные кольца Во время работы двигателя на стенке втулки цилиндра оседает масло, капельки которого имеются в картерном пространстве. У высокооборотных двигателей масла осаждается столько, что даже нет необходимости в его специальном подводе для смазывания. Уплотнительные кольца перемещают со стенок цилиндров масло снизу вверх. При этом оно попадает в камеру сгорания, что приводит к пригоранию колец, повышенному их износу и износу поверхности втулки, перерасходу масла. Чтобы предотвратить поступление масла в камеру сгорания на поршне устанавливают маслосъемные кольца. Их назначение – снимать масло со стенок втулок цилиндров при движении поршня вниз. Обычно ставят 2 кольца: в нижней |
Рис. 5. Работа маслосъемных колец
|
||
олее
эффективно проточное охлаждение
головки поршня (рис.
3. б).
При этом в головке его делается
замкнутая полость “в”.
К ее перегородке крепится стакан 4,
в котором находится втулка 2,
прижатая пружиной 3
к верхней головке 1
шатуна. Масло под давлением
по сверлению“а”
шатуна и через
Рис. 3. Охлаждение поршней
кольцевую канавку “б”,
отверстие “г”
в головке шатуна и втул ку 2
поступает в полость “в”,
а из нее по трубке 5
стекает в поддон фундаментальной рамы
части тронка (кольцо 1 на рис. 1) и под уплотнительными кольцами (кольцо 4). Для отвода масла служат дренажные каналы “а”, ”б”, “в”, ”г” “д”.
Маслосъемные кольца изготавливают с прямым замком (рис. 4, г).
Форма сечения колец бывает конической (рис. 5, а) и с проточкой (рис. 5, б). В первом случае кольцо 2 (рис. 5, а) имеет в верхней части коническую фаску, образующую кольцевой клин 3. При движении поршня вверх в вершине клина появляется давление, сжимающее кольцо.
При этом кольцо скользит по поверхности масла, оставляя его на стенке втулки. Двигаясь вниз, кольцо прижимается к стенке и снимает с нее масло. На поршне 1 под кольцом имеется канавка “а” с дренажными каналами “б”, через которые масло стекает в поршень, а из него – в поддон фундаментной рамы. Кольцо 2 (рис. 5, б) выполняется прямоугольного сечения, но с кольцевой проточкой “б” на внешней поверхности. Проточка прорезями “в” соединяется с внутренней частью канавки для кольца. |
Такие кольца снимают масло со стенок втулок цилиндров как при движении поршня вверх, так и при движении его вниз. Как видно из рис. 5, б, масло остается не только ниже кольца, но и в канавке под ним. Следовательно, масло в поршень отводится не только по канавке “а” ниже кольца с каналами “д”, но и через отверстия “г” в канавке.
У некоторых двигателей (рис. 5, в) в одну канавку головки поршня ставят 2 кольца 1 и 2 специальной формы. Для их установки нужны дренажные каналы в канавке для колец. На рис. 5, г приведено сечение уплотнительного кольца.
На двигателях повышенной оборотности функции уплотнительных и маслосъемных колец иногда совмещают. Так у двигателей типа Д6 2 верхних кольца 5 (рис. 2) являются уплотнительными. Дренажные каналы “а” имеют лишь под четвертым кольцом. В тронковой части кольцо 7 маслосъемное, снимаемое им со стенок масло сбрасывается через каналы “б”.
4. Поршневые пальцы Поршни судовых двигателей имеют пальцы 2 (рис. 1) плавающего типа, так называют пальцы, которые не закрепляются в бобышках и после нагревания поршня при работе двигателя могут свободно вращаться. Их вставляют в бобышки 8 у чугунных поршней с небольшим зазором, а у алюминиевых – с незначительным натягом. Такие «плавающие» пальцы изнашиваются равномерно. |
Рис. 6. Фиксация пальца заглушками |
Фиксированные пальцы изнашиваются с одной стороны. При слишком большом зазоре в бобышках пальцы стучат и разбивают их.
Поршневые пальцы изготавливают из углеродистых или легированных, цементируемых и азотируемых сталей, а также из высокоуглеродистых сталей, подвергаемых закалке токами высокой частоты (ТВч). Поверхность пальца цементируют, азотируют и закаливают. В целях уменьшения массы пальцы делают полыми.
От смещения в осевом направлении пальцы фиксируются пружинными кольцами 10 (рис. 1), которые заводятся в канавки, прорезанные в бобышках. Встречается фиксация пальцев алюминиевыми заглушками 1 (рис. 2), вставляемыми в расточку пальца 3 или в расточку бобышек. Если в сопряжении пальца 3 (рис. 6, а) с бобышками 1 по каналам “а” проводится масло из верхней головки шатуна, то заглушка 2 крепится к поршню, чем предотвращается поступление его к стенке втулки цилиндра. У двухтактных двигателей заглушки 1 (рис. 6, б), стягиваемые шпилькой 2, не только фиксируют палец 3, но и предотвращают утечку продувочного воздуха.