Метод_практ_СДВЗ

Рис. 12. Литой блок-картер дизеля 64 36/45.

На рис. 12 показан литой блок-картер дизеля 6Ч 36/45, который крепится к фундаментной раме анкерными связями. Пространство между вставными втулками и стенками блока служит водяной рубашкой для системы охлаждения.

3. Общий блок фундаментной рамы с картером при наличии отдельных блок-цилиндров (см. рис. 10, схема б). Эта схема применяется сравнительно редко у тронковых двигателей с диаметром цилиндра до 500 мм; она обеспечивает повышенную продольную жесткость остова, однако неудобна в изготовлении.

Рис. 13. Сварной блок-картер дизеля с ПДП типа 2Д100.

31

4 .Общий блок-картер с цилиндрами, к которому подвешены рамовые подшипники (вместо фундаментной рамы, рис. 10). Эта схема, в отличие от схемы а, применяется, главным образом, у двигателей небольших размеров (D≤ 250 мм) и позволяет уменьшить его вес.

5. Общий блок-картер с блок-цилиндрами для 2-тактных двигателей с противоположно-движущимися поршнями (ПДП), (рис. 13), представляет собой наиболее сложную конструкцию литого или сварного блок-картера, состоящего, по существу, из двух блок-картеров, соединенных между собой системой продольных и поперечных стенок.

Все перечисленные блочные конструкции могут быть:

а) монолитными, т. е. представлять единую отливку или сварную конструкцию для всех цилиндров двигателей;

б) составными по длине двигателя, причем отдельные части блока (от 1 до 4 цилиндров) связываются между собой по вертикальным плоскостям разъема болтами под развертку; количество цилиндров, объединенных в_ один блок, определяется допустимыми, с точки зрения производства, габаритами и весами отдельных частей блока.

Конструкция картера должна быть жесткая и вместе с тем легкая и

обеспечивать полную герметичность; картер должен иметь съемные щиты или люки для осмотра деталей «движения»; во избежание повышения давления в картере сверх атмосферного картер должен быть снабжен особыми вентиляционными устройствами, снабженными сепаратором для отвода масляных паров.

Для разгрузки литых, а также сварных картеров от растягивающих усилий остов снабжают анкерными связями, которые пропускают от верхней плоскости блок-цилиндров до нижней части фундаментной рамы (например, см. рис. 8). Для этой цели в картере должны быть предусмотрены соответствующие полые трубчатые приливы. Анкерным связям должна быть обеспечена равномерная их затяжка по всему картеру во избежание возникновения перенапряжений в отдельных связях. Анкерные связи изготовляют из стали 35 и 40 для тяжелых типов двигателей и из легированных сталей 20ХНЗА, 18ХНМА, 18ХНВА и др. - для легких типов двигателей.

Внешние размеры картера (станины), как и фундаментной рамы, определяют и габариты дизеля в целом.

Высота картеров является в основном функцией хода поршня и определяется расстоянием от оси коленчатого вала до верхней плоскости картера, к которой крепятся крышки.

Наибольшая ширина поперечного сечения картера определяется по нижней плоскости разъема, а наименьшая по верхней плоскости разъема.

Расстояние между анкерными связями стремятся делать минимальным; определяется оно диаметром коленчатого вала .

Наконец, толщина стенок картера дается в функции диаметра цилиндра D и зависит от материала картеров; наиболее тонкие стенки имеют сварные картеры

32

Конструкции остова V- oбразных двигателей выполняют по различным схемам в зависимости от типа двигателя. На рис. 14, а приведен отлитый из алюминиевого сплава остов 4-тактного дизеля Д12 с анкерами, связывающими головку, блок-цилиндры и картер. К общему блоку «картер- -фундаментная рама» привертываются на длинных шпильках подвесные подшипники коленчатого вала. Кроме того, предусмотрены горизонтальные шпильки, стягивающие нижнюю опору коленчатого вала и боковые упоры. На рис. 14, б показан сварной остов 2-тактного V-образного дизеля типа 11Д-45. Картер составляет одно целое с блок-цилиндрами. К поперечным стенкам картера приварены верхние половины коренных опор, выполненных из стальных поковок, нижние половины опор (подвесные подшипники) привертываются к картеру длинными болтами. Крышки с привернутыми к ним наглухо втулками крепятся к блок-цилиндрам особыми крышечными шпильками.

Для изготовления картера применяются: чугун марок СЧ 18-36, СЧ 21-40 и СЧ 28-48; алюминиевые сплавы АЛ4 и АЛ5; сварные конструкции; в последнем случае сваривают сначала отдельные элементы в узлы, а затем отдельные узлы — в цельную конструкцию.

Рис. 14. Остовы V-образных дизелей типа:

а —Д12; б— 11Д45

Наиболее ответственная часть остова - его верхняя часть - блок- -цилиндры, в котором установлены цилиндровые втулки.

Блок-цилиндры 4-тактных двигателей имеют наиболее простую,

коробчатую конструкцию, состоящую в основном из верхней и нижней досок с отверстиями для установки цилиндровых втулок и с вертикальными перегородками между цилиндрами, в которых должны быть предусмотрены отверстия для перепуска охлаждающей воды (рис. 17).

Для повышения жесткости конструкции блок-цилиндры"цногда снабжают дополнительной горизонтальной перегородкой и оребрением вертикальных стенок.

33

Рис. 17. Блок-цилиндры 4-тактных тронковых дизелей;

а — среднеоборотного типа; б — многооборотного типа М756.

34

Блок-цилиндры 2-тактных двигателей имеют более сложную конструкцию (рис. 18, а и б), так как, помимо полостей для охлаждающей воды, они должны быть снабжены полостями для подвода продувочного воздуха (для всех типов продувки) и для отвода выпускных газов (только контурные продувки). Для лучшего направления потоков продувочного воздуха и газов в рубашке иногда отливают особые направляющие ребра.

Блок-цилиндры обычно изготовляют однотелыми (см. рис. 18, а) и, как исключение, двутелыми (рис. 19). Так же, как и картер, блок-цилиндры могут быть монолитными (для D < 400 мм) или составными. У наиболее крупных крейцкопфных двигателей изготовляют отдельные отливки на каждый 1—2 цилиндра, которые затем сбалчивают в единый блок-цилиндров.

Блок-цилиндры разделяются поперечными перегородками на ряд полостей, предназначенных для установки цилиндровых втулок. Между втулками и стенками блока образуется зарубашечное пространство, в котором циркулирует охлаждающая вода.

Рис. 18. 0днотелые блок-цилиндры 2-тактных крейцкопфных дизелей:

а — с прямоточно-клапанной продувкой; б — с контурной

продувкой.

35

Рис. 19. Двутелый блок -цилиндр 2-так ного дизеля типа МАН

а -разрез по цилиндру; б - смазка и уплотнения

втулки.

Блок-цилиндры чаще всего отливают из чугуна марок СЧ 18-36, СЧ 21-40, СЧ 24-44 и СЧ 28-48, модифицированных чугунов; реже применяют сварные конструкции, принимая во внимание сложную конструкцию цилиндров (особенно у 2-тактных двигателей).

При применении анкерных связей толщину стенок отливки блока можно уменьшить и тем самым облегчить вес блок-цилиндров.

Цилиндровые втулки подвергаются во время работы двигателя значительным механическим и тепловым воздействиям, а также износу. Втулке должно быть обеспечено свободное расширение от нагрева как в осевом, так и в диаметральном направлениях.

По конструктивному выполнению различают:

1) втулки, которые вставляются в цилиндры; при этом между наружной поверхностью втулки и внутренней поверхностью рубашки образуется полость охлаждения (рис. 20, а, б);

2)втулки, имеющие собственную рубашку, отлитую заодно со втулкой (рис. 20,е), или наглухо монтированная на втулке (рис. 20, г); в этих случаях внутренняя полость блок-цилиндров не омывается водой и, следовательно, не подвергается коррозии;

3)втулки, которые плотно вставляются в расточенные полости рубашек, охлаждаемых водой; в этом случае втулки непосредственно не омываются водой;

4)составные втулки (рис. 20, д) крупных дизелей (D = 680 мм); 5) втулка дизеля с ПДП (рис. 20, ж).

Наконец, в форсированных дизелях, например типа Z 30/38, верхнюю часть втулки снабжают косыми и радиальными сверлениями, по которым циркулирует охлаждающая вода (рис. 20, е).

36

Рис. 20. Конструкции цилиндровых втулок:

а—вставная 4-тактного двигателя; б — вставная 2-тактного дизеля;

в— отлитая заодно с рубашкой; г — с рубашкой, надетой на втулку;

д— составная; е — со сверлениями во втулке для охлаждения;

ж —дизеля с ПДП типа Д100.

37

Первый тип втулок имеет наибольшее распространение в двигателях мало- и среднеоборотных; второй тип — в двигателях многооборотных (особенно при сварных блок-цилиндрах), наконец, третий тип в двигателях с малой размерностью (D ≤200 мм).

Втулка фиксируется в цилиндре посредством верхнего фланцевого утолщения, которое опирается на выступающий опорный буртик рубашки (рис. 21, а—д); это дает возможность втулке свободно расширяться в продольном направлении; уплотнение буртика осуществляется особой замазкой из белил или непосредственно притиркой (в малых двигателях). Направляющий цилиндрический поясок фланцевого утолщения должен иметь достаточный диаметральный зазор, рассчитанный на наибольшее расширение втулки при работе. Для усиления отвода тепла от верхней, наиболее нагретой части втулки, применяют ряд конструктивных мероприятий, имеющих целью увеличить скорость циркуляции охлаждающей воды у верхней части втулки (рис. 21, в, г). У многооборотных типов двигателей втулка иногда снабжается винтовыми каналами (по всей длине втулки) с уменьшенными сечениями (см.

рис. 20, г).

В 2-тактных двигателях для предохранения блок-цилиндров от разрыва при ненормальном расширении втулки(например при перегреве двигателя), а также для лучшего отвода тепла от фланцевого утолщения втулки ее иногда опирают на особое проставочное кольцо, отлитое из стали или чугуна (см. рис. 21, в).

Рис. 21. Конструкции верхнего фланцевого утолщения (а — г); эскиз к расчету фланца (д).

38

Переход от фланцевого утолщения к зеркалу цилиндра должен быть выполнен с большим радиусом закругления во избежание возникновения значительной концентрации напряжений.

Нижняя часть втулки уплотняется сальником или резиновыми кольцами (рис. 22).

Рис. 22. Уплотнения втулки:

а —резиновыми кольцами; б-сальником

Материалы для цилиндровых втулок. Основные требования к материалам для изготовления втулок: 1) непроницаемость для газов и воды (плотность отливок); 2) необходимые прочностные свойства; 3) высокая сопротивляемость износу; 4) устойчивость против электрохимической коррозии; 5) устойчивость против кавитационного разрушения; 6) хорошая обрабатываемость.

Основными материалами для втулок мало- и среднеоборотных дизелей служат чугуны марок СЧ 28-48, СЧ 32-52 и другие, у которых обеспечивается получение перлитовой структуры с достаточным количеством графита, находящегося в виде завихренных не пересекающихся пластинок.

Для повышения однородности структуры, механических свойств износо-, росто- и жароустойчивости с успехом применяют модифицирование, а также легирование чугунов (титаном, ванадием, хромом и никелем) и термообработку.

В многооборотных дизелях, помимо чугуна, с успехом применяют хромистые кованые стали (например, 45Х) и азотируемые стали (35ХМЮА, 38ХМЮА). Стальные кованые втулки иногда изготовляют заодно с крышкой посредством общей поковки или приварки (см. рис. 23); охлаждающую рубашку из листовой нержавеющей стали, снабженной в верхней части гофрами, приваривают ко втулке.

Для повышения износостойкости втулок (помимо легирования) применяют пористое хромирование чугунных втулок и азотирование стальных. Твердость хромированного покрытия составляет около 800—1000 НВ и сохраняется при повышенных температурах. Пористо-хромовое покрытие благодаря своей капиллярности способствует хорошему проникновению и удержанию масла в порах, что улучшает условия работы трущихся поверхностей.

39

Эксплуатационная проверка хромированных втулок на судах с малооборотными судовыми дизелями показала, что отношение износов хромированных и нехромированных втулок составляет при работе на дизельном^топливе —1—4,5, а на тяжелых сортах топлива ~1—2,6. Необходимо отметить, что при хромированных втулках уменьшается также износ хромированных колец — верхних в 1,6—2,0, а нижних в 2,6—2,9 раза.

Средний износ хромированных втулок малооборотных дизелей, работающих на тяжелых сортах топлива, составляет за 1000 час. —0,03—0,07 мм, а за 8000 час. -~0,15 мм (при условии работы на кондиционных маслах). Усиленный износ втулок в эксплуатации наблюдается при загрязнении всасываемого воздуха и масла; некондиционном сорте масла; работе на сернистых мазутах; переохлаждении втулки (например на долевых режимах) и др.

В эксплуатации, особенно у многооборотных дизелей, наблюдаются разрушения наружной поверхности втулок, охлаждаемых водой. Для предупреждения поверхностей втулок от электрохимической коррозии, вызываемой неоднородностью металлов, неравномерным нагревом и другими причинами, применяют покрытия бакелитовым лаком, кадмированием, лужением, хромированием, а также устанавливают цинковые протекторы. Более серьезные разрушения поверхности втулок вызывает кавитационная эрозия, сопровождаемая также электрохимической коррозией. Кавитационная эрозия

— следствие кавитационных явлений, возникающих в охлаждаемой полости втулки под воздействием высокочастотных вибраций втулок, вынуждаемых ударами поршня при перекладке в период прохождения мертвой точки. В результате смыкания кавитационных парогазовых пузырей возникают местные сильные гидравлические удары, действующие на микроплощадки, вызывающие местное язвенное разрушение стенок как втулок, так и блок-цилиндров, достигающее иногда значительной величины.

Основные мероприятия в борьбе с кавитационными разрушениями:

1) уменьшение вибраций втулок за счет уменьшения зазора между поршнем и втулкой, увеличения жесткости втулки и ее крепления в блоке;

2) применение замкнутой системы охлаждения, чтобы иметь возможность работать на всех режимах при постоянной повышенной температуре;

3)повышение стойкости охлаждаемых поверхностей против кавитационной эрозии путем хромирования, азотирования;

4)увеличение проходных сечений водяных рубашек, применение эмульсионных присадок к воде;

5)применение средств против коррозии, обычно сопутствующей кавитационной эрозии.

Конструктивные соотношения блок-цилиндров и втулок. Внешние габариты блок-цилиндров в первом приближении могут быть определены в

функции от D и S, а именно: высота блок-цилиндров Н = / (S); ширина блок-цилиндров В = / (D).

Толщину стенок блок-цилиндров и втулок целесообразно определять

40