книги из ГПНТБ / Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей

to

\

только к планкам 15 и поддерживают трубу 13 с заборной сет­ кой 14, связанную с откачивающей секцией масляного насоса. Материал ванны — сталь 20. После сварки ванну подвергают высокому отпуску и очистке дробью.

Блок двигателя 5Д49

При создании блока двигателя 5Д49 преследовалась цель, значительно упростив конструкцию и сократив количество дета­ лей, приспособить блок к условиям крупносерийного производства с максимальной степенью механизации. Выполнение разделок под ответственные сварные швы, сварка, а также последующий контроль являются наиболее трудоемкими операциями в изго­ товлении сварных блоков. В конструкции блока 5Д49 количество ответственных сварных швов сведено к минимуму из-за использо­ вания оригинальной конструктивной схемы с силовыми шпиль­ ками, позволяющими разгрузить швы от растягивающих напря­ жений.

Эта схема является дальнейшим развитием схем, построенных по принципу, примененному в двигателе Д42 для разгрузки швов верхней части блока (см. рис. 13).

Блок двигателя 5Д49 (рис. 15) состоит из литых (сталь 20Л) вертикальных стоек 1 с поперечными отростками. При сварке стоек между собой образуется картер двигателя, состоящий из верхней плиты с отверстиями под втулки цилиндров, боковых стенок с отверстиями смотровых люков 2 и горизонтальных опорных лап. Сварные швы располагаются на линиях, проходящих через середины соответствующих цилиндров. Такая конструкция позволяет выполнить швы как обычными методами, так и с по­ мощью контактной сварки всего картера. Снизу к стойкам картера крепятся подвески 12 коренных подшипников коленчатого вала. Стык подвесок со стойками осуществлен на треугольных шлицах и для увеличения горизонтальной жесткости нижней части блока приподнят над опорной поверхностью лап 11.

Верхняя часть блока образована короткими боковыми листа­ ми 4, вертикальными стойками 5 и двумя плитами 10, служа­ щими опорой крышек цилиндров. Плиты через листы 9 и ребра 8 связаны с горизонтальной плитой 7, являющейся опорой для корпуса с распределительным валом. Средняя часть блока между рядами цилиндров служит ресивером для воздуха. Шпильки 6 крепления цилиндровых комплектов в блоке ввернуты в плиту картера, поэтому сварные швы верхней части блока разгружены от растягивающих напряжений, что позволяет значительно упро­ стить изготовление и контроль таких швов.

Блок — «сухой», отверстия А служат для подвода воды в ру­ башку блока цилиндров. В отверстия запрессованы втулки из нержавеющей стали. Для повышения износостойкости и защиты от коррозии в опорные по,яса картера запрессованы кольца 3,

28

Лапы блока опираются на поддизельную раму (дизель-генера­ торные установки), которая в этом случае образует также поддон для масла. При отсутствии рамы блок снизу закрывается легким

сварным поддоном, аналогичным по конструкции поддонам дви­ гателей Д42 и 40Д. После сварки блок двигателя 5Д49 подвергают высокому отпуску и очистке дробью.

РАСЧЕТ ОСТОВА НА ПРОЧНОСТЬ

Анализ распространенных в отечественной и зарубежной практике конструктивных схем блоков цилиндров, имеющих поперечные стойки, разделяющие блок на отсеки, показывает, что в подобных конструкциях можно выделить два силовых пояса в верхней и нижней частях блока, связанных между собой попе­

на стойки и боковые листы. Нижний силовой пояс образует опорные лапы блока.

29

Боковые листы, как правило, имеющие меньшую жесткость по сравнению с жесткостью стоек, воспринимают относительно небольшую часть общей нагрузки на отсек блока. Следовательно, основными несущими элементами блоков рассматриваемого типа являются поперечные стойки, которые можно представить в виде упругих опор, связывающих верхний и нижний силовые пояса.

Рис. 16. Изменение жесткости верхней плиты блока двигателя 11Д45 и выбор эквивалентной балки

В конструкции блоков предусматривают продольные плиты, обеспечивающие жесткость блоков в продольном направлении и служащие для фиксации положения втулок цилиндров в блоке. Высота этих плит незначительна, к тому же они ослаблены от­ верстиями под втулки цилиндров. В связи с малой изгибной жесткостью указанные плиты не могут оказать существенного влияния на напряженность блока, в частности при передаче усилий к стойкам. При статическом тензометрировании отсека блока двигателя 6 ЧН 30/38 тензодатчики не показали напряжений на нижней плите.

30

Жесткость верхнего силового пояса по длине пролета между соседними стойками различна, поэтому пролет следует разбивать на участки, имеющие эквивалентную жесткость, определяемую моментом инерции

J7экв JП+2JП+1}

где Jn и J,l+1 — моменты инерций сечений балки на границах участка;

■ ^ < 2 - - 2 , 5 .

На рис. 16 показано построение участков балки с жесткостью, эквивалентной жесткости верхних силовых поясов двигателя 16ДН 23/30 (11Д45). Жесткость опорного бурта крышки не при­ нимается во внимание, так как обеспечить плотное прилегание его к блоку невозможно, кроме небольших участков в районе прохождения болтов или шпилек. За высоту опоры h следует принимать расстояние от бугеля (корпуса коренного подшипника) до балки — верхнего силового пояса блока. Если сечение стойки резко не изменяется по высоте, то оно принимается постоянным; в противном случае необходимо вычислять эквивалентное сечение, предварительно определив эквивалентную податливость стойки. Покажем это на примере определения эквивалентного сечения стойки блока двигатели 16ДН 23/30 (рис. 17). Стойку блока условно разделяют на две ветви. Каждую ветвь разбивают на участки (I, II и III) и вычисляют податливость каждого из них. Податливость участка III компенсируется жесткостью связей между обоими рядами цилиндров. Податливость стойки

деформации (удлинения) стоек блока, возникающие под действием сил давления газов в цилиндре двигателя, должны распределяться

31

в виде перемещений как на верхний, так и на нижний силовые пояса блока. При этом на какой-то высоте образуется зона нулевых перемещений пли зона раздела перемещений. Выше этой зоны деформации упругих опор-стоек переходят в перемещения для верхней части блока. Соответственно ниже этой зоны деформации переходят в перемещения для нижней части блока и вызывают

Рис. 17. Поперечное сечение блока двигателя 16ДН 23/30

перемещения опор коленчатого вала и прогибы узлов, присоеди­ ненных к блоку в нижней части.

При определении доли деформации стоек блока, реализую­ щейся в перемещения верхней и нижней частей блока, считаем, что эта доля является одинаковой для всех стоек. Тогда систему из двух балок (рис. 18, а) можно разделить на две системы-балки (рис. 18, б), лежащие на упругих опорах. Податливость опор верхней и нижней балок обозначим через осп и ß„ соответственно, при этом податливость упругой опоры-стойки

е = « в + Рн-

32

Учитывая, что положение плоскости (зоны) раздела переме­ щений зависит от соотношения жесткостей верхнего и нижнего силовых поясов (балок), можно написать

находим, решая систему двух уравнений, hBи /г„. При этом жесткость верхней балки до­

Усилия, действующие в стойках блока, от сил давления газов

Расчетной схемой является балка с переменной жесткостью на упругих опорах с высотой 1ів (рис. 18, б). Внешнюю нагрузку— силы давления газов прикладывают к балке по оси крышечных болтов (шпилек), крепящих крышку цилиндра к блоку, так как в этих местах стык между крышкой и блоком замкнут.

При расчете за основную систему принимают балку, состоящую из участков с различной жесткостью, разделенную шарнирами в местах расположения упругих опор на ряд однопролетных балок. Неизвестными являются опорные изгибающие моменты X ъ Х 2, * 3). . ., Х п, для вычисления которых составляется система канонических уравнений (уравнений пяти моментов). Так, для рядного шестицилиндрового двигателя

При вычислении коэффициентов уравнений принимают Bö внимание изгибающие моменты в балке и продольные усилия в опорах.

Так как балка имеет переменное сечение, то при вычислении перемещений применяют численное интегрирование по участкам. Решение систем уравнений выполнялось на ЭЦВМ «Урал» по стандартной программе, в основу которой положен метод Гаусса.

Рис. 19. Расчетная схема блока при совместной работе двух рядом расположенных цилиндров:

О—4 — номера силовых стоек

Определив моменты на опорах, находят усилия, действующие на упругие опоры-стойки. Усилие, действующее на п-ю опорустойку,

34

Знак минус взят потому, что фактически вычисляется реакция опоры-балки, которая равна по абсолютной величине усилию, действующему на стойку, но с противоположным знаком.

Выполненные расчеты и данные тензометрирования блоков (как статического, так и динамического тензометрирования) показали, что сила давления газов работающего цилиндра воспри­ нимается только тремя отсеками блока (работающим и двумя смежными).

Таким образом, для определения усилий, действующих в стой­ ках, достаточно рассмотреть расчетную схему из трех отсеков блока при последовательной работе цилиндров и из четырех отсеков блока в случае одновременной работы двух рядом распо­ ложенных цилиндров. Расчет следует выполнять, как правило, для двух случаев нагружения: при работе среднего и крайнего цилиндров. Эти два случая охватывают все возможные варианта нагружения, необходимые для оценки напряженности.

Как для рядного, так и для Ѵ-образного двигателя расчет следует выполнять для одного ряда цилиндров, учитывая относи­ тельно малую связь по напряженности правого и левого рядов цилиндров.

Ниже представлены расчеты по определению усилий в стойках блока.

1. При совместной работе двух рядом расположенных ци­

Разделим коэффициенты уравнений на б і2 и введем следующие обозначения безразмерных коэффициентов:

С учетом выполненных преобразований

Усилия в стойках

^ л = ^ з = -7-(2Хі - х ®) + 1;

^ 2 = 4 ^ - ^ + 2-

Полученные расчетные усилия и моменты относятся к единич­ ному значению внешней нагрузки Р. Поэтому для определения действительного значения момента или усилия необходимо умно­ жить полученное значение на величину Р:

Найдем значения коэффициентов канонических уравнений по формуле

Для облегчения и упрощения вычислений воспользуемся формулами для интеграла J /п;/пАdx, предложенными проф.

И. М. Рабиновичем (табл. 2) для различных эпюр моментов. Эпюры единичных изгибающих моментов и внешних нагрузок

представлены на рис. 19. При определении значений слагае­ мых А ік и В ik Для основных, побочных и грузовых коэффициентов модуль упругости Е исключается, так как он входит во все коэф­ фициенты канонических уравнений.

Выражения коэффициентов канонических уравнений могут быть записаны в следующем общем виде, если при этом выразить моменты М а, Мь; М с и т. д., длины участков, высоту опор-стоек через длину пролета I: