Voznitskiy_-_Sudovye_dizeli_i_ikh_expluatatsia

■дующей закалкой и отпуском, а после механической обработки для повышения усталостной прочности полируют.

По к о н с т р у к ц и и пальцы могут быть сплошными и полы­ ми, с постоянным или переменным диаметром расточки. Полые пальцы имеют меньшую массу, а переменный диаметр расточки позволяет рационально распределить материал. В современных дизелях применяют плавающие пальцы, которые устанавливают в бобышках с незначительным натягом или зазором. После нагрева поршня во время работы дизеля палец получает возможность про­ ворачиваться в бобышках. Осевые перемещения пальца ограничи­ вают пружинящими кольцами 1 (кольцами Зегера) прямоугольно­ го или круглого сечения (см. рис. 3.9, а), устанавливаемыми в коль­ цевые выточки в бобышках поршня, или заглушками из антифрик­ ционного сплава.

В пальцах современных дизелей часто предусматривают радиаль­ ные сверления а (рис. 3.9, б) для подвода масла через отверстия в бобышках на охлаждение поршня (масло в полость пальца по­ ступает из поршневого подшипника). Для предотвращения утеч­ ки масла из пальца устанавливают заглушки 2. Заглушки и зна­ чительное количество масла в полости пальца увеличивают силы инерции, а на заполнение больших объемов требуется время. Для устранения этогсь недостатка масло из поршневого подшипника на охлаждение поршня и смазывание бобышек подводят по осевым сверлениям b (рис. 3.9, в) в теле пальца или в полости пальца раз­ вальцовывают специальный вытеснитель, представляющий собой трубку из мягкой стали.

3.5.Поршневой шток

Вкрейцкопфном дизеле поршневой шток служит для соединения поршня с поперечиной крейцкопфа и передачи ей силы действия газов. Механические нагрузки (движущая сила Р) вызывают в што­ ке двухтактного дизеля напряжения сжатия и его продольный из­ гиб.

няя часть штока для соединения с поршнем выполнена в виде од­ ного (см. рис. 3.4, а, б, г, з, е, и) или двух (см. рис. 3.4, в) флан­ цев с кольцевой опорной поверхностью, а нижняя часть — в виде хвостовика (рис. ЗЛО, а) или фланца (рис. 3.10, б) для соединения с поперечиной крейцкопфа. Соединение при помощи фланца повы­ шает прочность и жесткость поперечины крейцкопфа и позволяет

70

применять крейцкопфные подшипники со сплошной нижней поло­

шает массу штока;его используют для подвода охлаждающей жид­ кости к головке поршня. Для этого в полости штока закрепляют трубку 7 (см, рис. 3.4, б) из латуни или нержавеющей стали, а при охлаждении поршня водой для предотвращения коррозии в сверле­ нии штока запрессовывают вторую трубку. Для улучшения охлаж­

Для увеличения податливости (эластичности) соединения сплош­ ного штока 1 (см. рис. ЗЛО, а) с поперечиной крейцкопфа 6 гайкой

Рис. ЗЛО. Поршневые штоки и крейцкопфы

71

7 в хвостовике штока высверли­ вают глухое отверстие 2.

Уплотнение штока в диаф­ рагме осуществляется сальником. В конструкции сальника, пока­ занного на рис, 3.11, имеются по два уплотнительных кольца 1 и

картер. Камера а между уплотнительными и маслосъемными коль­ цами соединяется каналом b и трубопроводом с контрольным кра­ ном на посту управления дизелем. Выход из крана продувочного воздуха свидетельствует о неудовлетворительной работе уплотни­ тельных колец, а большой выход масла — маслосъемных колец.

3.6. Крейцкопф

Крейцкопф (в крейцкопфных дизелях) служит для шарнирно­ го соединения поршневого штока с шатуном и разгрузки цилиндра от боковой (нормальной) силы N.

Во время работы дизеля детали крейцкопфа (рис. ЗЛО, в) под­ вержены механическим нагрузкам (движущая сила Р и сила инерции Pj ползунов), которые стремятся изогнуть поперечину (опасное сечение / —I) и цапфы крейцкопфных подшипников (опасное сечение I I — II). Концевые цапфы для ползунов также подвержены изгибу под действием сил инерции Pj ползунов и нор­ мальной силы N на параллели (опасное сечение I I I — III).

обеспечения надежной работы крейцкопфных подшипников); до­ статочная прочность; высокая износостойкость цапф поперечины и трущихся поверхностей ползунов; возможность работы дизеля с де­ монтированным поршнем (в аварийном случае).

М а т е р и а л для изготовления: поперечин — углеродистая сталь 45, 50 или легированная сталь 3QXMA, 40ХН и др.; ползу­ нов — кованая или литая сталь 30, 35Л; подошвы ползунов зали­ вают баббитом.

72

крейцкопфных подшипников и двух (или одного) ползунов 5, пе­ редающих нормальную силу на параллели.

В крейцкопфе с двумя двусторонними ползунами (см. рис. ЗЛО, а) к верхней головке шатуна 8 болтами 10 прикрепле­ ны два крейцкопфных подшипника 9, на нижние половины кото­ рых опираются цапфы поперечины 6. Двусторонние ползуны 5 свободно надеты на концевые цапфы поперечины, их осевому смещению препятствуют круглые крышки 4, прикрепленные к торцам поперечины. Предох ранительные шайбы Зу прикрепленные к ползунам, входят в кольцевые выточи крышек 4 с небольшим за­ зором. При таком креплении ползуны могут самоустанавливаться, поворачиваясь вокруг цапф на небольшой угол. При работе дизеля с демонтированным поршнем (в аварийном случае) шайба 3 фикси­ рует положение поперечины, предотвращает ее разворот (под действием сил трения) и перекрытие отверстия для подвода сма­ зочного масла к крейцкопфным подшипникам. На подошвах пол­ зунов имеются поперечные канавки для лучшего заклинивания и распределения масла.

Масло к деталям крейцкопфа подводится по шарнирным тру­ бам, прикрепленным к поперечине, поступает в осевой канал в теле поперечины и далее по радиальным каналам идет на смазыва­ ние крейцкопфных подшипников и ползунов.

Преимущества крейцкопфа с двумя двусторонними ползунами: относительно небольшой износ ползунов и свободный доступ к де­

(см. рис. ЗЛО, б) к верхней головке шатуна 24 болтами 26 прикреп­ лена нижняя сплошная половина 23 крейцкопфного подшипника с тонкостенным стальным вкладышем 22, залитым антифрикционным сплавом. Две верхние половины 19 подшипника также имеют тон­ костенные вкладыши 20. В поперечном пазу пустотелой цапфы 21 подшипника установлена и прикреплена болтами 18 изготовленная заодно с ползуном 12 поперечина 13, к которой шпильками 27 присоединен фланец штока поршня 11. Для упрощения центровки поршня в цилиндре предусмотрена возможность перемещения што­ ка относительно опорной поверхности поперечины (до 2 мм от цент­ ра в любом направлении) благодаря повороту двух эксцентричных колец 14 и 15 с делениями, в которых размещен фланец штока. Односторонний ползун 12 во время хода расширения полной по­ верхностью башмака передает силу N на параллель 16, а во время хода сжатия — двумя узкими поверхностями на нащечины 17 зад­ него хода.

Масло к верхним (ненагруженным) вкладышам крейцкопфного подшипника и к подошве ползуна подводится от кривошипного под­ шипника по сверлениям в шатуне, нижней опоре подшипника и

73

ползуна, а к нижнему сплошному вкладышу (нагруженному) — двумя двухплунжерными насосами 25 (на рис. ЗЛО, б показан один) под давлением 7—8 МПа. Насосы навешены на шатун и приводятся в действие вследствие его качательного движения. Высокое давле­ ние масла и сплошная нижняя половина крейцкопфного подшип­ ника обеспечивают гидростатическое смазывание благодаря масля­ ной -«подушке», приподнимающей цапфу.

Преимущество крейцкопфа с односторонним ползуном — отно­ сительная простота конструкции и эксплуатации; недостатки — возможность перекоса штока поршня под действием сил инерции ползуна, неодинаковые условия работы на передний и задний ход,, затруднение доступа к деталям движения со стороны параллелей.

го возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала и передачи ему силы от действия газовна поршень,

Шатунная группа состоит из верхней головки 2 шатуна (рис, 3.12, а) с поршневым (или крейцкопфным) подшипником 1У стержня (тела) 3 шатуна и нижней головки 4 шатуна с кривошип­ ным подшипником 6 и шатунными болтами 5. В тронковом дизеле верхняя головка шатуна соединена с поршневым пальцем, а в крейц­

верхней головки и верхняя часть нижней головки шатуна подвер­ гаются сжатию движущей силой Р, а стержень — сжатию и продоль­ ному изгибу.

Шатунные болты нагружены статической силой их затяга Р§, и скручивающим моментом М, возникающим вследствие трения витков резьбы болта и гайки.

В четырехтактном дизеле при изменении знака движущей силы верхняя часть верхней головки шатуна подвергается сжатию, раз­

а шатунные болты дополнительно нагружаются разрывающими усилиями (силами инерции) и испытывают ударные нагрузки вследствие перекладки зазоров в шатунных подшипниках (такое

в верхней головке шатуна при запрессовке втулки поршневого подшипника и вследствие различных тепловых деформаций материа­ лов головки и втулки.

74

OJ № OJ ЦЬ 0,5 Ofi 0,1

дозор, мм

Рис. 3.12. Схемы и график механических нагрузок на. детали шатунной группы

Шатунные подшипники работают на истирание при большом давлении (20—30 МПа и более).

Поршневой подшипник работает в зоне высоких температур. Перекладка зазоров в подшипниках четырехтактного дизеля вы­ зывает в них ударные нагрузки и стуки. Кинетическая энергия удара резко возрастает при увеличении зазора в подшипнике (рис. 3.12, б), эллиптичности шейки и частоты вращения вала.

Условия работы крейцкопфных подшипников в современных МОД обусловлены следующими факторами:

вследствие больших значений движущей силы (до 8000 кН) давление на поверхность и антифрикционного сплава подшипников близко к предельно допустимому;

подшипники раньше других элементов КШМ воспринимают на­ грузки от изменения давления газов в цилиндре; '

качательное движение шатуна с относительно небольшой угло­ вой скоростью не обеспечивает создания масляного клина. Сма­ зывание осуществляется главным образом за счет масляной пленки, которая разрывается при каждом изменении направления кача- ■тельного движения (2 раза за оборот вала). Масляная пленка мо­ жет разрываться также во время пусков и реверсов дизеля из-за высокой жесткости рабочего процесса, а одностороннее приложе»

75

ние нагрузки затрудняет подвод масла в нагруженную зону под­ шипника;

силы инерции столба масла в сверлениях шатуна могут вызывать колебания давления и оказывать заметное влияние на по­ дачу масла к подшипникам в циркуляционных системах с относи­ тельно небольшим рабочим далением (0,12—0,18 МПа);

недостаточная жесткость цапф поперечины крейцкопфа (иногда и верхней головки шатуна) приводит к их упругой деформации (см, рис. 3.12, в) в момент максимального давления р в цилиндре. В результате давление по поверхности подшипника распределяет­ ся неравномерно и оказывается чрезмерно высоким на внутренних краях подшипников (на рисунке заштрихованы), что вызывает интенсивное изнашивание и повреждение антифрикционного слоя.

К конструкции элементов шатунной группы предъявляют сле­ дующие о с н о в н ы е т р е б о в а н и я : высокая жесткость и прочность головок шатуна и его стержня при возможно меньшей массе (для уменьшения сил инерции); возможность демонтажа порш­ ня вместе с шатуном (или с его частью) через цилиндр в тронковом дизеле; высокая усталостная прочность, податливость, упругость и равнозначная прочность шатунных болтов (по их длине); высокая жесткость и обеспечение гидродинамического смазывания шатун­ ных подшипников; антифрикционный сплав подшипников должен выдерживать большие давления и ударные нагрузки, иметь малый коэффициент трения, высокие износостойкость и усталостную проч­ ность.

При увеличении жесткости подшипника уменьшается его де­ формация, улучшаются условия образования масляного клина» равномернее распределяется давление по поверхности антифрик­ ционного слоя, уменьшается нагрузка шатунных болтов при пере­ кладке зазоров в подшипниках.

Последнее вытекает из выражения для дополнительной динами­ ческой силы АРб? являющейся частью силы инерции Pj, нагружаю­

Из формулы (3.1) следует, что дополнительная нагрузка шатун­ ного болта уменьшается при увеличении жесткости EF стягивае­ мых деталей, уменьшении жесткости U6F6 шатунного болта и увеличении его длины /б. Податливость болтов снижает влияние на них ударных нагрузок, деформаций, неточностей изготовления и монтажа подшипников.

76

' :М а т е р и а л для изготовления:

стержня шатуна — углеродистая сталь 35» 40 и 45 или легиро­

на алюминиевой основе. Алюминиевые сплавы обладают высокой усталостной прочностью, износостойкостью и теплопроводностью, но требуют повышенных зазоров в подшипниках в связи с высоким коэффициентом линейного расширения. На поверхность белого металла обычно наносят тонкий (0,04—0,06 мм) свинцово-оловя- нистый слой (90 % свинца, 10 % олова), который заполняет неров­ ности на поверхности подшипника и увеличивает площадь кон­ такта цапфы и белого металла;

вкладышей кривошипных подшипников — сталь 15, 20; их за­ ливают высокооловянистым баббитом, а в СОД *— свинцовистой бронзой, на которую гальваническим способом наносят приработочное покрытие. В современных форсированных СОД применяют тонкостенные четырехслойные вкладыши подшипников (сталь плюс свинцовистая бронза или оловоалюминиевый сплав плюс раздели­ тельный слой никеля плюс рабочий слой баббита или свинцовооловянистого сплава);

шатунных болтов — их отковывают или штампуют из катаной или тянутой стали (для предотвращения разрыва продольных во­ локон); болты МОД —■из углеродистой стали 25 и 35, болты ВОД и СО Д —• из легированной стали 40ХН, 40XНМА и 40ХНВА.

Конструкция верхней головки шатуна зависит от типа и тактности дизеля.

В тронковом дизеле поршневая головка обычно неразъемная, ее отковывают заодно со стержнем шатуна (см. рис. 3.12, а). У некоторых современных СОД (например, МАН L58/64) верхнюю головку изготавливают отъемной с фланцем и крепят к фланцу

кости и прочности верхнюю часть головки часто усиливают или подкрепляют ребром жесткости.

Для снижения давления в поршневом подшипнике применяют подшипники дифференциального типа (см. рис. 3.3, г), у которых наиболее нагруженную опорную поверхность (нижнюю) увеличи­ вают. Верхняя головка в виде сферической опоры (см, рис. 3.3, д) ^обеспечивает не только вращение поршня, но и равномерное рас­ пределение давления в поршневом подшипнике.

Смазочное масло в поршневой подшипник обычно подводят из кривошипного подшипника по сверлению в шатуне.

В современном крейцкопфном дизеле верхнюю головку шатуна изготавливают в виде жесткой плиты 8 (рис. 3,13, а), у которой прикрепляют нижнюю 2 и верхнюю 1 половины крейцкопфного подшипника. У дизелей ранней постройки антифрикционный сплав заливали непосредственно в тело подшипника. В современных ди­ зелях применяют стальные тонкостенные вкладыши 4 (рис. 3.13, б), залитые антифрикционным сплавом. При необходимости вкладыши можно легко заменять или использовать верхний вкладыш в каче­

кривошипного подшипника по сверлению в теле шатуна или непо-

78

средственно в подшипник по шарнирным или телескопическим тру- •. бам (см. рис. 3.13, в— д). Во втором случае масло из крейцкопфного подшипника по сверлению в шатуне поступает к кривошипному подшипнику; при этом отпадает необходимость в сверлениях в кри­ вошипах коленчатого вала.

Конструктивные способы повышения надежности работы крейц­ копфных подшипников:

для увеличения равномерности распределения давления по ра­ бочей поверхности подшипника его нижнюю половину 2 выполняют податливой вследствие несимметричного расположения опорного ребра относительно середины цапфы (см. рис. 3.13, а, в) или раз­ личной толщины наружной и внутренней стенок нижней половины подшипника (см. рис. 3.13, б). При этом деформация цапф попере­ чины крейцкопфа компенсируется деформацией податливых опор

поршня присоединяют болтами к поперечине 5, прикрепленной к цапфе 6, или непосредственно к цапфе 7 (см. рис. 3.13, д). Повышение жесткости цапфы из-за увеличения ее диаметра и уменьшения длины (например, в дизеле МАН — Бурмейстер и Вайн L90MC диаметр цапфы составляет 1 м) также снижает давление и одновре­ менно повышает равномерность его распределения по поверхности подшипника;

для улучшения подачи масла на рабочие поверхности подшип­ ника каждую цапфу поперечины крейцкопфа и соответствующие поверхности подшипников разделяют на две зоны, эксцентричные одна относительно другой (эксцентриситет составляет около 0,5 мм). При качательном движении шатуна зона А (рис. 3.13, е) контакта цапфы с подшипником перемещается попеременно с вну­ тренней опорной поверхности на наружную. В результате проис­ ходит поочередный отрыв соприкасающихся поверхностей и в зазор поступает смазочное масло. Гарантированная подача масла под цапфы поперечины крейцкопфа обеспечивается независимо от ре­ жима работы дизеля и при проворачивании коленчатого вала перед пуском дизеля; одновременно отпадает необходимость в масло­ распределительных канавках на рабочих поверхностях подшипника;

перед заливкой к корпусу подшипника приваривают металличе­ скую сетку 8 (рис. 3.13, ж), повышающую усталостную прочность антифрикционного рабочего слоя и препятствующую распростра­ нению трещин;

применяют подшипники с неоднородной рабочей поверхностью (ромбовидной).

Стержень (тело) шатуна может иметь различную форму поперечного сечения: круглую, двутавровую, Н-образную и др. У ша­ тунов двутаврового сечения жесткость и прочность наиболее вы­ сокая при наименьшей массе. Наибольший изгибающий момент

79