Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Ченцов В.Н. Тепломеханическое оборудование автономных источников электроснабжения конспект лекций

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

12.54 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 3213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

						120
строятся		графики	изменения		этих .сил и моментов в				зависимости
от угла	поворота		кривошипа.		Для удобства прочностного					расчета
коленчатого вала			сила	Рш	раскладывается			на составляющие,дей
ствующие		вдоль кривошипа и			нормально к нему.
6.	На	основании формулы			(47)		строятся	графики	изменения
сил инерции поступательно-двигающихся масс первого и второго
порядка	в	зависимости		от угла		поворота кривошипа.
7.	Графическим сложением					сил,	обуславливаемых		давлением
г а з о в ,	и	сил инерции		определяются			характер	знакопеременного
периодического усилия				и максимальные значения усилий,						необхо

димые для расчета поршня, поршневого пальца и шатуна по мето дике Р.С.Кинасошвили.

8. Расчетные силы и моменты, воздействующие на элементы коленчатого вала, определяются на основании графика равнодей

ствующей сил, определенных в соответствии с пунктом	5,	и г р а
фике "набегающего" крутящего момента, т . е . момента,	передава
емого на коренную шейку коленчатого вала от соседних	шеек.
График "набегающего" крутящего момента должен строиться		с у ч е

том схемы коленчатого вала, определяемой соображениями уравно вешенности дизеля, и порядка чередования рабочих ходов в ци линдрах. При расчете щек коленчатого вала учитывается растяги

вающее усилие	центробежных сил вращающихся масс и противовесов.
§ 12.	ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДИЗЕЛЕЙ

Назначение и типы газораспределительных механизмов

Газораспределительный механизм (ГРМ) дизеля предназначен для своевременного сообщения цилиндров с выхлопным коллектором для очистки от продуктов сгорания, с всасывающим (продувочным) коллектором с целью наполнения свежим зарядом воздуха и для надежной герметизации цилиндров во время тактов сжатия и рабо чего хода. В двухтактных дизелях функции газораспределительных механизмов выполняют механизмы выпуска-продувки (см.§ б ) . В современных четырехтактных дизелях преимущественное распрост ранение получили клапанные ГРМ. В двухтактных дизелях с прямо- точно-вихревой продувкой (см.рис.10 в) выпускные органы также

могут	быть клапанными. Рассмотрим		конструкции клапанных		ГРМ.
К клапанным газораспределительным механизмам дизелей					предъ
являются следующие		требования.
I ,	Максимальное	проходное сечение клапанов		при минимальном
их ходе . Большое проходное сечение			обеспечивает	хорошее	напол-

121

нение цилиндра, а малый ход - возможно меньшие ударные и дина


мические нагрузки механизма.
2 . Минимальная масса деталей механизма, совершающих					в о з
вратно-поступательное движение, обеспечивающая				минимальные у с и
лия и износ		механизма.
3.	Минимальное изменение		зазоров в газораспределительном
механизме при нагреве дизеля,			обеспечивающее минимальные		з а
зоры (и	ударные нагрузки) на		всех тепловых режимах.
4. Возможность регулировки зазоров в механизме с целью ком
пенсации его		износа.
В наибольшей степени указанным требованиям				удовлетворяют


ГРМ с верхним		расположением клапанов (клапаны располагаются в
головке блока		цилиндров над камерами сгорания) . Расположение
распределительного валика может быть нижним или верхним.
На рис.36		а	представлена схема газораспределительного				ме
ханизма с нижним расположением распределительного				кулачкового
валика 2 . Кулачковый валик получает вращение от коленчатого
вала через шестерню I . Кулачок валика воздействует				на	ролик		3
толкателя	4.	Толкатель посредством штанги 5 поворачивает				коро
мысло 7.	Коромысло передает усилие на клапан I I .			При	сбеге
кулачка валика 2 с ролика 3 клапан, перемещающийся				в	направ
ляющей втулке		10,	прижимается к седлу клапана 12 усилием			пру-

Рис.Зб

122
живы 9, воздействующей на шайбу 8,	связанную	со стержнем	кла
пана. Меньший износ наблюдается в	механизмах, не имеющих тол
кателей. В таких механизмах усилие	на штангу	передается	через

ролик 14 рычагом-рокером 13, поворачивающимся вокруг неподвиж ной оси. При нагреве дизеля вследствие неодинакового нагрева и


линейного расширения его элементов изменяется установочный										з а
зор S	между коромыслом			и стержнем клапана. Регулировка					зазора
осуществляется посредством регулировочного винта 6,								вворачива
емого в коромысло 7. Достоинством газораспределительного									меха
низма с нижним расположением валика					является простота его при
вода и вследствие этого устойчивость					фаз	газораспределения.				Не
достатком механизма			является большая		масса		поступательно		движу
щихся	деталей,	сложность		кинематической		цепи механизма,			пере
дающей воздействие от валика к клапанам,						и	обуславливаемое			этой'
сложностью большое изменение зазора					б4	при	нагреве	дизеля.
В газораспределительных механизмах дизелей с верхним распо
ложением валиков 5 (рис.36 б) последние						воздействуют		непосред
ственно на тарель 7, ввинчиваемую в					полый стержень клапана					8.
Изменение		зазора	5	достигается	винтовой парой			стержень

тарели - стержень клапана. Случайному развинчиванию пары пре пятствует замок б .

Достоинствами механизма являются минимальвая масса посту пательно двигающихся деталей, кинематическая простота цепи п е редачи воздействия от валика на клапан и возможность установки в цилиндре нескольких всасывающих и нескольких выхлопных клапа

нов. Недостатком

механизма

является

кинематическая

сложность

механизма привода

валиков,

включающего

две пары и

более

кониче

ских шестерен

(шестерни

1,2

и 4 ) . Из-за износа этого механизма

вращение

валиков

отстает

по

фазе

от

вращения

коленчатого

вала .

С целью

компенсации износа

механизма

него

включается

узел

регулировки

позволяющий

развернуть валик 5 по отношению к

шестерне 4

на

необходимый угол .

Диаграммы газораспределения

четырехтактных

и двухтактных

дизелей

Практика эксплуатации четырехтактных дизелзй показала, что лучшее наполнение цилиндра получается, если впускной клапан от крыть до прихода поршня в в . м . т . на угод oL поворота коленча того вала, а закрыть на угол jb позднее прихода поршня в н . м . т .

			123
Углы опережения		открытия	клапана	оі и запаздывания	закрытия р
на	каждой скоростной режиме имеют			оптимальное значение.
	При излишне раннем открытии впускного клапана (уголоі. боль
ше	оптимального)	давление	выталкиваемых из цилиндра		газов о с

тается достаточно высоким и газы могут ворваться во всасывающий коллектор.

При позднем открытии всасывающего клапана (угол оі меньше оптимального) не происходит качественной продувки камеры сгора

ния,	поэтому получается высоким	коэффициент остаточных г а з о в .
При	раннем закрытии всасывающего	клапана (угол j?> меньше опти

мального) уменьшается весовой заряд цилиндра, так как не исполь зуется динамический напор воздуха во всасывающем тракте, являю щийся естественным наддувом. При позднем закрытии всасывающего

клапана(угол jb больше оптимального) объем						цилиндра	уменьшается
(вследствие		движения		поршня к в . м . т . ) и часть заряда выталки
вается во всасывающий коллектор.
Практика эксплуатации дизелей показала также, что лучшая
очистка и наполнение цилиндра получаются,						если выхлопной кла
пан открыть		на	угол	(по углу	поворота	коленчатого		вала)
раньше	прихода		поршня	в н . м . т . ,	а закрыть	на угол	Ср	позднее
прихода поршня в в . м . т . Углы опережения открытия выхлопного
клапана	J	и	запаздывания закрытия выхлопного клапана					ср на

каждом скоростном режиме имеют оптимальные значения. При ран нем открытии выхлопного клапана (угол у больше оптимального) выхлоп происходит при высоких давлении и температуре, что при

водит к потере индикаторной мощности дизеля, к его	перегреву.
При позднем открыт1"-! выхлопного клапана (угол у	меньше опти

мального) происходит некачественная очистка цилиндра вследст вие сокращения периода выхлопа, а также затрачивается большая - работа на выталкивание газов из цилиндра вследствие их высокого давления.

При раннем закрытии выхлопного клапана (угол ср меньше оп тимального) не происходит качественной продувки камеры сгорания под давлением динамического напора воздуха во всасывающем кол лекторе и коэффициент остаточных газов получается большим. При позднем закрытии выхлопного клапана (угол ср больше оптималь ного) происходит неоправданная потеря свежего заряда воздуха в

выхлопной тракт,	понижение давления динамического	н'апора в о з
духа во всасывающем коллекторе, и уменьшение заряда		цилиндров.
Заметим, что	при повороте коленчатого вала на	угол al + <^

124

в зоне в . м . т . в такте выхлопа оба клапана в цилиндре открыты (всасывавший уже открылся, а выхлопной еще не успел закрыться). Такое явление называется перекрытием клапанов.

Таким образом, открытое состояние всасывающего клапана (продолжительность открытия) соответствует углу поворота колен чатого вала

^есас - ^ + 1 8 0 + J5 г Р а д '

открытое состояние выхлопного клапана соответствует углу пово рота коленчатого вала

^вьы* X + 180 + 4? град .

Углы al , jb , Y и (| называются фазами газораспределения. Фазы отсчитываются от момента отрыва клапана от седла или его посадки на седло . Графическое изображение состояния впускных и


выпускных клапанов (а в двухтактных дизелях -					выхлопных и	про
дувочных окон)		в зависимости от угла поворота			коленчатого	вала
называется диаграммой			газораспределения.
Диаграмма газораспределения четырехтактного дизеля пред
ставлена на	рис . 37 а .		На диаграмме	газораспределения иногда на
носят угол	удп	опережения впрыска		топлива.
Начало подочи	т	Открыт выхлопной
гпоплибі		клапан

Открыт

оакыВающий

клапан

		Открыты
н.м.т.	Выхлопные окна			н.мл. Открыты продувочные
	Открыты продцбочные
			окна^	окна
			Рис.37
На рис . 37 б	представлена диаграмма газораспределения двух
тактного дизеля с контурной петлевой и П-образной продувкой
(см . § 6 ) . На рис . 37		в	представлена	индикаторная диаграмма
двухтактных дизелей		с	прямоточно-клапанной продувкой и двух

тактных дизелей со встречно движущимися	поршнями и смещением
вращения коленчатых валов по фазе . Угол	Лоі	соответствует над
дуву цилиндра давлением продувочного а г р е г а		т а .

125
К О Н С Т Р У К Ц И Я элементов газораспределительных	механизмов
Клапаны. Клапаны работают в весьма тяжелых	условиях,	в	т е
чение длительного времени подвергаясь значительным и частым
ударам, а также воздействию высоких температур.	Особенно	в	т я
желых условиях работают выпускные клапаны, так	как подвергают

ся агрессивному воздействию продуктов сгорания при очень высо ких температурах. Указанные условия приводят к короблению, сильному окислению и даже к прогару клапанов. Материал клапа нов должен быть жаростойким, хорошо сопротивляться коррозии, быть твердым при условии достаточной пластичности, иметь высо кую усталостную прочность и не должен самозакаливаться в в о з душном потоке. Впускные клапаны изготовляются из хромоникелѳвой (40ХН, 65ХН) стали, а выпускные клапаны изготовляются из жаропрочной хромокремнистой стали (4Х9С2, 4ХІ0С2М).

Основные конструктивные размеры и форма клапана представ лены на р и с . 3 8 .

Рис.38

126

Расчет геометрических размеров клапана носит условный	х а
рактер и состоит в определении средней скорости г а з а с	(при

условии неразрывности потока) . В среднем в дизелях без наддува

скорость	с	г а з а	лежит в	пределах
			45 г?	С sg75	м/с ѳ к .
В дизелях с			наддувом	повыиенные гидравлические потери в
клапанах	за	счет	высоких	скоростей	могут быть компенсированы

за счет давления наддува, поэтому допускаются значения скоро

стей	с до ІОО м / с е к . Такие же	скорости допускаются у выпуск
ных	клапанов.
	Скорость г а з а проверяется	по формуле

где	F	-	площадь	поршня;
	Ст	-	средняя	скорость поршня;
	і 0	-	число впускных или			выпускных клапанов в одном
			цилиндре ;
	f - пропускное сечение клапана.
	Площадь		пропускного		сечения	f для горловины клапана
(рис . 38) определяется				по	формуле
					Тt.	31
					Тt.	и

Для щели клапана при его максимальном подъеме

= 3t o l e o s a .


Обычно	угол	QL =		45°, у	впускных клапанов				иногда	угол
принимается	равным		3 0	е .
Конструктивно клапан состоит из стержня I									и головки 3, с о
единенных плавной галтелью для уменьшения								гидродинамических
сопротивлений. Фаска клапана					притирается		к	гнезду . Обычно
гнездо 2 изготовляется				из качественного			легированного			чугуна
и запрессовывается			в головку		блока.
В головках,		изготовленных			из	качественного			чугуна,	седло 2
растачивается непосредственно					в	головке .

		12?
Основным конструктивным		размером	является	диаметр d гор
ловины	клапана. В цилиндрах	с двумя	клапанами	(один впускной
и один	выпускной) отношение	-^- лежит в пределах:

0,32	^	Л ^	0,42.
В цилиндрах с четырьмя клапанами:
0,27	^	^	0,35.

Крышки с двумя клапанами проще и прочнее крышек с четырьмя клапанами, но проходное сечение клапанов меньше.

Выпускные клапаны часто имеют меньший диаметр: d

0,75	<		выпуск <	1,0.
		а в п у с к
Подъем клапана выбирается в пределах
0,24 <	А <		0,32.
	а
Большие подъемы ухудшают		динамику привода.

Остальные конструктивные соотношения берутся в пределах:

Распределительный в а л . Распределительные валы изготовляют ся штамповкой из углеродистой или легированной стали . Рабочие


поверхности подшипников и	кулачков		стальных		валов	закаливают.
Число кулачков соответствует		числу	клапанов		в дизеле, а		их
расположение определяется	порядком		работы	цилиндров. Для			л у ч
шего наполнения цилиндра,	а	также	для его	лучшей		очистки	жела

тельно наибольшее "время - сечение", т . е . желательно, чтобы клапан резко открывался, дольше оставался полностью открытым и резко закрывался. Однако резкое движение клапана может при

вести к	поломке механизма и з - з а	высоких ускорений	и сил инер
ции. Закон движения клапана определяется профилем			кулачка. Су
ществуют	профили, построенные по	заданному закону	движения.

Но и з - з а удобств изготовления в настоящее время преимуществен ное распространение получили гармонические и тангенциальные кулачки, построенные из отрезков дуг окружностей и прямых линий.

Гармоническим кулачком называется выпуклый кулачок, обра зованный дугами окружностей в сочетании с плоским толкателем.

		128
Гармонический кулачок и его динамические характеристики				( п е р е
мещение ъ	толкателя, скорость	перемещения	тз- и ускорение
перемещения	w ) в зависимости	от угла jb	поворота вала	пред


ставлены на рис.39 а . Гармонический кулачок					составлен из дуги
радиуса	pf	, сопрягаемой	с дугой основного		радиуса	р	и о т
резком	дуги	малого радиуса	Рг	. С целью уменьшения		ускорения
( т . е . улучшения динамических				качеств) отрезки указанных			дуг

могут сопрягаться отрезками дуг промежуточного радиуса. Такое

сопряжение называется корригированием профиля кулачка.		Из г р а
фика ускорений следует,	что наибольшие усилия в механизме
имеют место при подьеме	клапана с гнезда и при посадке	на
г н е з д о .

Тангенциальным (рис . 39 б) называется кулачок, образован ный отрезками 1-2 прямых линий, отрезками дуг 2-3 радиуса Р1 и отрезком дуги (вставкой) радиуса р>г в сочетании с ролико-

Рис.39

129

i вым толкателем. Тангенциальные кулачки обладают лучшими дина

мическими качествами и реже нуждаются в корригировании.				Из
графика ускорений, обуславливаемых тангенциальным кулачком,
следует, что наибольшие усилия		испытывает механизм	при перехо
де ролика с прямолинейного участка на участок дуги			малого	р а
диуса. Тангенциальные	кулачки часто используются в		сочетании
с рычажным роликовым	толкателем	(рокером).
Распределительные	валы вращаются, как правило,		в подшипни

ках скольжения. Валы часто изготовляются полыни и внутреннее сверление вала используется для подвода масла-к подшипникам и

кулачкам.		,
Клапанные П Р У Ж И Н Ы . Клапанные пружины являются ответствен
ным элементом дизеля. В случае их поломки клапаны		проваливают
ся в полость цилиндра и вызывают аварию	дизеля и з - з а удара
поршня по клапану. Усилие, развиваемое	пружинами,	должно обес

печивать силовое слежение толкателя за профилем кулачка, т . е . должно превосходить инерционные усилия, отрывающие толкатель от кулачка. Кроме того, пружины должны исключить открывание клапанов при разрежении в цилиндре и от давления во всасываю щем коллекторе (в дизелях с наддувом).

Геометрия пружин (диаметр пружины, диаметр проволоки, шаг витков) и их жесткость должны исключить резонансные колебания пружин, обычно сопровождающиеся их разрушением. С целью исклю чения резонансных явлений шаг витков пружин делают переменным. При сборке такие пружины должны ставиться витками с меньшим шагом вниз . Клапанные пружины изготовляют из пружинной стали 50ХФА, закаляют и отпускают.

Узды регулировки фаз газораспределения. Регулировка фаз газораспределения необходима из - за неизбежного износа механиз мов дизеля. Узел регулировки фаз газораспределения в дизелях с нижним расположением валика, обычно определяемых зазорами 8 (см . рис . 36) в холодном состоянии дизеля, состоит из винта 6,

ввинчиваемого			в	коромысло		7 и закрепляемого		контргайкой. З а
зор	5	измеряется щупом			между торцом клапана и плечом коромыс
л а .	В дизелях		с	верхним	расположением распределительных				вали
ков	установочный			зазор	S	регулируется винтовой парой			с т е р
жень	7	клапана	-	стержень		8 тарѳли. Зазор	8	определяет	про
должительность			открытия		клапанов. С уменьшением зазора				про
должительность' открытия					клапана увеличивается.
	Схема узла		изменения			моментов открытия	и	закрытия клапа-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 3213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ