книги из ГПНТБ / Багиров Д.Д. Двигатели внутреннего сгорания строительных и дорожных машин

(кольца, поршни, поршневые пальцы, гильзы цилиндров, шатун­ ные и коренные подшипники) различной номенклатуры.

Второе направление унификации — эксплуатационное пред­ полагает унификацию по быстроизнашивающимся деталям. Ре­ зультатом такой унификации является создание ряда двигателей широкого диапазона мощностей, отличающихся друг от друга числом цилиндров, форсированием по частоте вращения или сред­ нему эффективному давлению. Преимущества второго направления унификации очевидны, так как эксплуатационные расходы' за весь срок службы двигателя, включая затраты на его ремонты, больше, чем стоимость изготовления двигателя.

Таким образом, при создании мощностных и параметрических рядов двигателей строительных и дорожных машин необходимо рационально сочетать оба указанных направления унификации, отдавая по возможности предпочтение второму из них.

Из второй группы факторов, определяющих моторесурс дви­ гателей строительных и дорожных машин, следует прежде всего выделить качество очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, фильтрацию картерного масла и топлива.

Наиболее эффективным путем улучшения качества очистки воздуха является установка моноили мультициклонного воздухо­ очистителя с эжекционным удалением пыли в атмосферу на первой ступени и бумажным фильтрующим элементом, пропитанным смо­ лами, в качестве второй ступени. Коэффициент очистки такого агрегата составляет 99,9 % при невысоком начальном сопротив­ лении — примерно 350 мм вод. ст. Он может эксплуатироваться без обслуживания в течение 400—500 ч, а обслуживание его просто

инетрудоемко.

Вкачестве временной меры до массового внедрения воздухо­ очистителей указанного типа в промышленность может быть ре­ комендовано улучшение серийных воздухоочистителей путем установки на машину дополнительной ступени очистки в виде пла­ стин мелкопористого полиуретанового поропласта, что позволяет повысить коэффициент очистки до 99,4% . Однако ввиду малой пылеемкости поропласта такой воздухоочиститель будет часто

нуждаться в обслуживании.

Количество пыли, проникающей в двигатель, в значительной степени зависит от расположения воздухозаборника и воздуш­ ного фильтра двигателя. Для улучшения очистки воздуха, посту­ пающего в цилиндры двигателя, следует располагать входное отверстие воздухозаборника как можно выше над поверхностью

земли.

Целесообразно также не располагать воздухоочиститель под капотом. Кроме этого, выбор места установки воздухозаборника должен зависеть от района образования пылевого облака и харак­ тера его расположения для каждой машины.

117

целесообразно располагать по возможности выше и дальше от ра­ бочего органа и передней кромки гусениц. При работе скрепера (рис. 78) пылевое облако охватывает среднюю и заднюю часть ма­ шины, поэтому целесообразно выносить воздухозаборник в перед­ нюю часть машины. Пылевое облако при работе .автогрейдера образуется в средней и задней части его, а при работе бульдозер­ ным отвалом — и в передней части, но высота подъема облака в этом случае невелика. Поэтому, учитывая небольшой удельный вес работы бульдозерным отвалом, наиболее рационально разме­ щение воздухозаборника в передней части машины. Особенно важное значение имеет расположение воздухозаборника для по­ грузчиков. При работе погрузчика (рис. 79) пылевое облако воз­ никает в основном при разгрузке ковша. При погрузке челночным способом машина, двигаясь к месту набора, передней частью проходит пылевое облако в каждом цикле. Поэтому воздухоза­ борник необходимо располагать в задней части машины.

118

Т а б л и ц а 19

Поскольку образование пылевого облака и характер его распространения для машин определенного назначения и класса зависит от конкретных условий их работы, необходимо компоно­ вать систему воздухоочистки и, следовательно, размещать возду­ хозаборник из расчета наиболее неблагоприятных условий. С этой целью, по данным авторов, можно рекомендовать следую­ щие ориентировочные координаты расположения воздухозабор­ ника для машин с двигателями мощностью 75—250 л. с. (табл. 19).

Для приведенных машин расположение воздухозаборника в поперечной плоскости не лимитируется отмеченными особен­ ностями и может определяться конструктивными соображениями.

Для уменьшения запыленности воздуха в зоне работы двига­ телей целесообразно по возможности размещать двигатель в зоне наименьшей запыленности. Среди ходовых устройств предпочте­ ние надо отдать такому устройству, которое обеспечило бы наи­ меньшую запыленность воздуха.

Важное значение для защиты двигателей от попадания в них пыли имеет сокращение внешних источников пылеобразования. В частности, недопустима установка выпускной трубы, отводящей газы от двигателя, внизу, под машиной, так как при этом поток газов является активным источником пылеобразования.

Для очистки картерного масла на отечественных двигателях применяются, как правило, картонные, ленточно-щелевые, сет­ чатые и пластинчатые фильтры. Все перечисленные фильтры не обеспечивают надлежащей очистки масла, так как быстро загряз­ няются механическими примесями, а также способствуют удалению из масла полезных присадок. Наилучшим способом очистки масла, как было сказано выше, является центробежная очистка масла в реактивных полнопоточных центрифугах, которые в настоящее время получают все большее распространение, а также бумажные фильтры тонкой очистки. Применение центрифуг в 2—3 раза^ сни­ жает скорость изнашивания основных деталей двигателей по сравнению со скоростью изнашивания при применении других

способов очистки масла.

Для обеспечения высокого моторесурса двигателей и надеж­ ной работы топливной апп-аратуры необходимо удалять из топлива все частицы размером более 2—3 мкм.

119

\

Рис. 80. Схема силовой установки автогрейдера в северном исполнении:

1 — д в и г а т е л ь ; 2 — у т е п л и т е л ь н ы й ч е х о л ; 3 — т р у б а з а б о р а в о з д у х а и з п о д к а п о т н о г о п р о с т р а н с т в а ; 4 — т р у б а з а б о р а в о з д у х а из а т м о с ф е р ы ( у с т а н а в л и в а е т с я в м е с т о т р у б ы 3); 5 — к а п о т ; 6 — з а д н я я у т е п л и т е л ь н а я с т е н к а ; 7 — к о т е л п о д о г р е в а т е л я ; 8 — н и ж н и й л и с т ; 9 — н а г н е т а т е л ь п о д о г р е в а т е л я ; 10 — у т е п л и т е л ь н ы й к о ж у х а к к у м у л я т о р н ы х б а ­ т а р е й ; 11 — а к к у м у л я т о р н ы е б а т а р е и ; 12 — о б ш и в к а у т е п л и т е л я ; 13 — р а д и а т о р ; 14 —

у т е п л и т е л ь н ы й ч е х о л р а д и а т о р а

Созданный отечественной промышленностью оригинальный бумажный фильтрующий элемент НД повышает тонкость очистки топлива в 2 раза по сравнению с существующими фильтрами и имеет небольшое гидравлическое сопротивление.

Степень очистки топлива может быть повышена в результате установки дополнительных сетчатых фильтров на концах всех трубопроводов.

Для обеспечения надежной работы топливной аппаратуры необходимо размещать топливный бак на машине так, чтобы по возможности исключить попадание в него частиц пыли и механи­ ческих примесей, а также обеспечить поступление топлива само­ теком к подкачивающему насосу двигателя. То же относится и к масляным бакам двигателя при наличии системы смазки с «су­ хим картером».

Важнейшим фактором обеспечения высокого моторесурса двигателя является поддержание нормального его теплового ре­ жима, при котором износ деталей будет наименьшим благодаря благоприятным условиям смазки.

120

Низкая температура окружающего воздуха оказывает наиболь­ шее влияние на изнашивание деталей двигателя при пуске и в на­ чальный период работы непрогретого двигателя. Правильный предпусковой подогрев и прогрев двигателя после пуска позво­ ляют в 2—3 раза снизить износы при пуске по сравнению с взно­ сами при пуске без подогрева.

Примером машины, приспособленной для работы в условиях низких температур, может служить автогрейдер Д-395АС в север­ ном исполнении с двигателем У1Д6. При создании этой машины (рис. 80) была предусмотрена возможность забора подогретого воздуха в двигатель из подкапотного пространства при низких температурах. При работе в теплое время года воздух поступал

вдвигатель непосредственно из атмосферы. Двигатель заключен

взамкнутый теплоизолирующий кожух с войлочными стенками, обшитыми тонколистовой сталью или брезентом. Кожух имеет отверстия регулируемого сечения со стороны радиатора для до­ ступа воздуха. При остановке двигателя отверстия закрываются для сохранения тепла в подкапотном пространстве.

Для создания нормальных температурных условий и осуще­

ствления надежного пуска двигателя установлены предпусковой подогреватель ПЖД-44, аккумуляторные батареи увеличенной емкости, утепленные войлочными щитами, и генератор повышен­ ной мощности. Кроме того, предусмотрена возможность дублиро­ ванного пуска двигателя как электростартером, так и сжатым воздухом. Во время предпускового подогрева двигателя через специальные змеевики разогревается масло в масляном баке дви­ гателя К

Перечисленные конструктивные решения могут быть исполь­ зованы и на других машинах, однако они должны рассматриваться лишь как временные меры повышения эффективности работы дви­ гателей при низких температурах.

Кардинальным решением вопроса является освоение отече­ ственной промышленностью выпуска специальных двигателей в северном исполнении. Такие двигатели должны иметь обогре­ ваемые масляные и топливные фильтры и коммуникации, всасы­ вающий коллектор, а также картер (в зоне коленчатого вала). Вентилятор двигателя должен автоматически (в зависимости от температурного режима) отключаться, что является эффективным средством поддержания оптимального теплового режима.

Необходимо широкое внедрение в практику эксплуатации предпусковых подогревателей типа ПЖД и ПЖБ, пусковых приспо­ соблений 5ПП-40 и 6ПП-40 для впрыска легковоспламеняющейся жидкости, специальных аккумуляторных батарей в северном исполнении и приспособлений для их подогрева, надежных термо­ статов системы охлаждения двигателей, антифризов и круглосезонных охлаждающих жидкостей, маловязких масел на загу-

1 Двигатель У1Д6 имеет систему смазки с «сухим картером».

121

щенной основе, у которых при понижении температуры вязкость изменяется незначительно.

Определенные трудности в поддержании нормального теплового режима силовой установки в делом и двигателя в частности воз­ никают при работе строительных и дорожных машин в условиях высоких температур воздуха, в особенности при применении гидро­ динамической трансмиссии. Перегрев силовой установки объяс­ няется совокупностью причин. Одна из них заключается в уста­ новке перед водяным радиатором двигателя двух масляных радиа­ торов для охлаждения масла гидротрансформатора, что создает дополнительное сопротивление потоку воздуха, засасываемого вентилятором, и подогревает его. Кроме того, из-за наличия гидро­ трансформатора двигатель большую часть времени работает па режиме, близком к номинальному, что увеличивает его загрузку. Повышенная температура окружающего воздуха и, следовательно, повышенная температура воздуха в подкапотном пространстве машины также пособствует перегреву системы охлаждения.

В этом случае для повышения эффективности системы охлаж­ дения и поддержания нормального теплового режима силовой установки, как показали исследования, можно рекомендовать комплекс следующих мероприятий.

Прежде всего необходимо повысить до оптимального предела частоту вращения вентилятора двигателя, при которой наблю­ дается наиболее интенсивный спад средней температуры воды в водяном радиаторе при относительно небольшом увеличении потребляемой им мощности (рис. 81). Целесообразно также уста­ новить оптимальные значения угла наклона и размеров лопастей вентилятора исходя из тех же соображений (рис. 82). Следует при­ менять специальные (в тропическом исполнении) водяной и масля­ ные радиаторы двигателя с увеличенной поверхностью тепло­

Как показывают расчеты авторов, повышение интенсивности охлаждения масла в гидротрансформаторе за счет увеличения поверхности рассеивания тепла, т. е. изменения поверхности мас­ ляного бака малоэффективно.

Тип трансмиссии машины существенно влияет на долговеч­ ность двигателя. Наиболее благоприятные условия для работы двигателя и, следовательно, наибольшую долговечность обеспе­ чивает полностью непрозрачная трансмиссия. Поэтому на машинах желательно применение прогрессивных трансмиссий: гидродина­ мических, гидрообъемных, электрических.

При применении механической трансмиссии на долговечность двигателя влияют: 1) суммарный момент инерции вращающихся масс ее деталей — увеличение момента инерции сглаживает пики нагрузки и уменьшает динамические нагрузки на двигатель; 2) жесткость работы механизма включения муфты сцепления — резкое включение муфты создает динамические нагрузки на дви-

122

гатель; 3) коэффициент запаса муфты сцепления — чрезмерно высокий коэффициент запаса не предохраняет двигатель от воз­ действия внешних динамических нагрузок.

Надежность работы двигателя и машины в целом зависит, от надежности приборов электрооборудования. Надежная работа электрооборудования зависит от установки и размещения его на машине. Аккумуляторные батареи, реле-регулятор, блоки пре­ дохранителей следует устанавливать так, чтобы исключить воз­ можность их тряски и вибрации, а также попадание на них пыли, грязи и влаги (например, в кабине).

В третьей группе эксплуатационных факторов, определяющих моторесурс двигателей, важнейшим является культура техни­ ческой эксплуатации, в частности заправка двигателей горюче­ смазочными материалами.

Требуемая чистота топлива может быть обеспечена промежуточ­ ной фильтрацией его на каждой стадии транспортировки. Необ­ ходима своевременная очистка топливных баков машин и пра­ вильная (в соответствии с инструкцией) организация заправки топливом.

Для обеспечения надежной фильтрации масла необходимо своевременное и правильное обслуживание масляных фильтров и центрифуг (смена и очистка фильтрующих элементов), а также строгое соблюдение правил заправки двигателей маслом.

Топлива и масла следует применять обязательно в соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателей. Для старых моделей тракторных дизелей (Д-48, Д-54, КДМ-100) при работе на сер­ нистом топливе следует применять летом масло ДС-11, а зимой масло ДС-8 (ГОСТ 8581—63) с 6% присадки ВНИИНП-360 или с 5% присадки ЦИАТИМ-339. Лишь при работе на маслосерни­ стом топливе (ГОСТ 4749—49) можно применять масла ДСп-11, Дп-11 и Дп-8 (ГОСТ 5304—54) с 3% присадки ЦИАТИМ-339. Форсированные дизели (Д-21, Д-37, Д-50, СМД-14, А-41, А-01) должны снабжаться при работе на сернистом топливе маслами типа Саплемент-1 и лишь временно, до начала их массового про­ изводства, следует допустить применение масла ДСп-11 с 6% при­ садки ВНИИНП-360. На малосернистом топливе эти дизели мо­ гут надежно работать на масле ДСп-11 с 6% присадки ВНИИНП-360. Транспортные дизели (Д-6, Д-12, М-301) должны эксплуатироваться только на малосернистом топливе и авиацион­ ных маслах МС-14, МС-20 и др. (ГОСТ 1013—49). Для карбюраторных двигателей следует применять масла по ГОСТу

1862—63.

Для уменьшения попадания в двигатель пыли и механических примесей необходима постоянная проверка, поддержание герме­ тичности воздушного тракта и своевременное, в соответствии с инструкциями, техническое обслуживание воздушных фильтров. Целесообразно сократить в 1,5—2 раза интервалы между техни­ ческим обслуживанием систем очистки воздуха, топлива и масла

124

двигателей строительных и дорожных машин, особенно в летнее время.

Немаловажное значение для уменьшения «фона» запыленности имеет рациональная организация движения механизмов и транс­ портных средств на строительных участках.

Пуск двигателей должен осуществляться также в соответствии с инструкциями по эксплуатации. При этом должны быть исклю­ чены пуски в зимнее время без предварительного разогрева, а также пуски буксиром.

Необходимая для обеспечения высокой долговечности двига­ теля равномерная и по возможности плавная его нагрузка (без перегрузок) должна быть обеспечена высокой квалификацией машиниста.

Следует полностью исключить из практики эксплуатации преж­ девременные, не предусмотренные инструкциями технические обслуживания и регулировки, а также профилактические, без надобности ремонты двигателей.

При проведении технического обслуживания необходимо про­ водить диагностику технического состояния двигателей безраз­ борными методами [10].

Для улучшения существующей практики эксплуатации и тех­ нического обслуживания топливной аппаратуры дизелей можно рекомендовать комплекс следующих мероприятий:

1.В инструкциях по эксплуатации дизелей заводам-изгото- вителям необходимо четко указывать сроки проверки и регули­ ровки работы форсунок, насосов и других агрегатов топливной системы. Целесообразно указывать, что в случае эксплуатации дизелей на строительных и дорожных машинах сроки эти должны быть сокращены на 20—30%.

2.Во всех хозяйствах, эксплуатирующих машины с дизелями, организовать стенды для регулировки топливной аппаратуры

(типа СДТА).

3. В хозяйствах с большим парком машин целесообразно вы­ делить оборотный фонд форсунок топливных насосов и быстро­ изнашивающихся деталей топливной аппаратуры (распылителей форсунок, плунжерных пар, клапанов), позволяющий быстро заменить топливную аппаратуру, идущую на регулировку, без вывода машин из эксплуатации.

4.При замене топливной аппаратуры обращать внимание на гидравлическую плотность устанавливаемых агрегатов и деталей

игерметичность соединений и топливопроводов.

5.Учитывая большое влияние угла опережения впрыска топ­ лива на мощностные и экономические показатели двигателя и необходимость точной его установки при обезличенной замене топливных насосов на дизелях угол опережения впрыска целе­ сообразно устанавливать не по меткам на насосе, а определять

его при помощи моментоскопа.

125

3., Применение различных типов трансмиссий

Условия работы и выходные показатели двигателей могут быть значительно улучшены при использовании на строительных и дорожных машинах различных прогрессивных трансмиссий, ко­ торые находят в настоящее время все более широкое применение. Такие трансмиссии в отличие от механической обладают частичной или полной непрозрачностью К

Непрозрачные трансмиссии обеспечивают работу двигателя с постоянным скоростным и нагрузочным режимами и, следова­ тельно, отдачу полной его мощности. Кроме того, защищая дви­ гатель от колебаний' нагрузки, трансмиссии эти способствуют повышению срока службы двигателя.

Одним из видов трансмиссий, сглаживающих колебания ско­ ростного режима двигателя, является так называемая «маховико­ вая» трансмиссия. Это — механическая трансмиссия, с установлен­ ным в ней дополнительным маховиком. Данный тип трансмиссии может существенно улучшить использование мощности двигателя и его топливную экономичность. Наличие в трансмиссии допол­ нительного маховика позволяет снизить резерв мощности, необ­ ходимый для работы двигателя при неустановившемся характере внешней нагрузки, т. е. улучшить использование мощности дви­ гателя.

На рис. 84 показано влияние приведенного момента инерции на выходные показатели мощности (&и м) и топливной экономич­ ности (уи. э) тракторного дизеля Д-75 на режиме нагрузки экска­ ватора, соответствующем работе прямой лопатой на грунтах II группы. Данные получены авторами в результате лабораторных испытаний.

Как видно, увеличение момента инерции / существенно сни­ жает потери мощности и улучшает топливную экономичность. Так, при установке в трансмиссию машины дополнительного махо­ вика, втрое увеличивающего приведенный момент инерции, вы­ ходная мощность двигателя повышается примерно на 17%, а удель­ ный расход топлива снижается на 5%. Оптимальная загрузка двигателя при этом повышается до k3 опт = 0,90 вместо k3 опт = = 0,78 при механической трансмиссии.

Очевидно, что с увеличением приведенного момента инерции улучшение выходных показателей двигателя происходит вначале более интенсивно, а затем темп этого улучшения снижается. Сле­ довательно, можно говорить об оптимальном значении приведен­ ного момента инерции, так как чрезмерное увеличение размеров дополнительного маховика вызывает трудности в компоновке машины и ухудшает ее тягово-динамические характеристики.

с и я я в л я е т с я у с л о в н о п о л н о с т ь ю п р о з р а ч н о й .

126