Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (1)

Рис. 8.17. Конструкция сальника поршневого штока

позволяет применять крейцкопфные подшипники со сплошной ниж­ ней половиной (дифференциального типа).

Поперечное сечение штока может быть сплошным (см. рис. 6.6д, ж) или полым (см. рис. 6.6а, б). Сверление штока уменьшает его массу, и оно используется для подвода охлаждающей жидкости к головке пор­ шня. Для этого в полости штока закрепляют трубку 7 (рис. 6.6а), 10 (рис. б.бе), а при охлаждении поршня водой для предотвращения кор­ розии в сверление штока запрессовывают вторую трубку.

Для улучшения охлаждения штока охладитель обычно подводят к поршню по кольцевому каналу между трубкой и стенкой штока, а от­ водят по трубке (см. рис. 6.6б, в).

Уплотнение штока в диафрагме осуществляется сальником. В кор­ пусе сальника в специальных обоймах установлены разрезные чугун­ ные кольца, стянутые спиральными пружинами 1 (см. рис. 8.17а). Вер­ хнее кольцо имеет конусную фаску на нижней кромке, а нижнее коль­ цо - на верхней кромке.

При ходе поршня вверх нижнее кольцо острой кромкой снимает со штока циркуляционное масло, набрасывает его в картер, а при ходе поршня вниз - верхнее кольцо снимает со штока грязное цилиндровое масло, которое по каналу между обоймой и корпусом сальника отво­ дится в подпоршневую полость или дренажную систему. Среднее коль­ цо имеет прямоугольное сечение, является уплотнительным и предот­ вращает прорыв продувочного воздуха в картер.

В другой конструкции сальника (см. рис. 8.176) имеются два уп­ лотнительных кольца 1 и два маслосъемных кольца 7. Уплотнительные чугунные кольца состоят из двух частей со ступенчатыми замками и прижимаются к штоку стальными пружинами 2, а маслосъемные коль­ ца - из трех частей (сегментов), стягиваемых спиральными пружина­

ми 6. Верхнее маслосъемное кольцо имеет кольцевую выточку для от­ вода масла в закольцевую полость и далее по каналу 5 в картер. Камера 3 между уплотнительными и маслосъемными кольцами соединяется каналом 4 и трубопроводом с контрольным краном на посту управле­ ния дизелем. Выход из крана продувочного воздуха свидетельствует о неудовлетворительной работе уплотнительных колец, а большой вы­ ход масла - маслосъемных колец.

§ 8.5. Крейцкопфы

Крейцкопф (в крейцкопфных малооборотных дизелях) служит для шарнирного соединения поршневого штока с шатуном и разгрузки цилиндра от боковой (нормальной) силы N. Крейцкопф состоит из по­ перечины 1 (рис. 8.16а,б) с цапфами (иди цапфой) 2 крейцкопфных подшипников и двух или одного ползуна 3, передающих нормальную силу на параллели.

Во время работы дизеля детали крейцкопфа подвержены меха­ ническим нагрузкам (движущая сила Р и сила инерции Р ползунов), которые стремятся изогнуть поперечину (опасное сечение I-I) и цапфы крейцкопфных подшипников (опасное сечение II-II). Концевые цапфы для ползунов также подвержены изгибу под действием сил инерции Р ползунов и силы нормального давления N на параллели (опасное сече­ ние III-III).

К конструкции крейцкопфа предъявляют следующие основные требования: высокая жесткость поперечины (для обеспечения надеж­ ной работы крейцкопфных подшипников); достаточная прочность; высокая износостойкость цапф поперечины и трущихся поверхностей ползунов; возможность работы дизеля с демонтированным поршнем (в аварийном случае).

Материал: поперечин - углеродистая сталь 45, 50 или легирован­ ная стань 30ХМА, 40ХН и др.; ползунов - кованая или литая сталь 30, 35Л; подошвы ползунов заливают баббитом.

Конструкции крейцкопфов даны на рис. 8.16. В крейцкопфе с дву­ мя двусторонними ползунами (рис. 8.166} к верхней головке шатуна 8 болтами 10 крепят два крейцкопфных подшипника 9, на нижние поло­ вины которых опираются цапфы поперечины 6. Двусторонние ползу­ ны 5 свободно надеты на концевые цапфы поперечины, их осевому смещению препятствуют круглые крышки 4, прикрепленные к торцам поперечины. Предохранительные шайбы 3 крепят к ползунам, они вхо­

114 Судовые двигатели внутреннего сгорания

гидростатическую смазку (за счет масляной «подушки», приподнимаю­ щей цапфу).

Преимущество крейцкопфа с односторонним ползуном - относи­ тельная простота конструкции и эксплуатации. Недостатки конструк­ ции: возможность перекоса штока поршня под действием сил инерции ползуна; затрудненный доступ к деталям движения со стороны парал­ лелей и главное - неодинаковые условия работы на передний и задний ход. В связи с этим ограничивается продолжительная работа двигателя на задний ход.

Конструкция крейцкопфа с двумя ползунами приведена на рис. 8.18. Его преимущество заключается в том, что продолжитель­ ность работы двигателя на задний ход не ограничена во времени.

Условия работы крейцкопфных подшипников в современных МОД обусловлены следующими факторами:

►вследствие больших значений движущей силы удельные дав­ ления на поверхности антифрикционного сплава подшипни­ ков близки к предельно допустимым;

►крейцкопфные подшипники раньше других элементов КШМ воспринимают нагрузки от изменения давления газов в ци­ линдре;

►качательное движение шатуна с относительно небольшой уг­ ловой скоростью не обеспечивает создание масляного клина. Смазка осуществляется главным образом за счет масляной плен­ ки, которая разрывается при каждом изменении направления качательного движения (два раза за оборот вала). Масляная пленка может разрываться также во время пусков и реверсов дизеля из-за высокой жесткости рабочего процесса, а односто­ роннее приложение нагрузки затрудняет подвод масла в нагру­ женную зону подшипника;

►силы инерции столба масла в сверлениях шатуна в циркуляци­ онных системах с относительно небольшими рабочими давле­ ниями (0,12-0,18 МПа) могут вызывать колебания давления и оказывать заметное влияние на подачу масла к подшипникам;

►недостаточная жесткость цапф поперечины крейцкопфа (иног­ да и верхней головки шатуна) приводит к их упругой деформа­ ции в момент максимального давления p zв цилиндре. В резуль­ тате удельные давления на поверхности подшипника распреде­ ляются неравномерно и оказываются чрезмерно высокими на внутренних краях подшипников, что вызывает интенсивное из­ нашивание и повреждение антифрикционного слоя в этих зонах.

Для увеличения равномерности распределения удельных давле­ ний по рабочей поверхности крейцкопфных подшипников и повыше­ ния надежности их работы нижние половины выполняют податливы­ ми за счет несимметричного расположения опорного ребра относи­ тельно середины цапфы (см. рис. 8.19) или различной толщины наруж­ ной и внутренней стенок нижней половины подшипника; при этом деформация цапф поперечины крейцкопфа компенсируется деформа­ цией податливых опор подшипников.

Податливые опоры с несимметричным расположением ребра ме­ нее эффективны по сравнению с опорами, имеющими различные тол­ щины наружной и внутренней стенок. В первом случае вследствие несоосности опоры и нагрузки образуется момент, деформирующий опору так, что ее внутренний конец опускается; в результате рабочими поверхностями являются две цилиндрические поверхности, обращен­ ные выпуклостями друг к другу, и нагрузка воспринимается узкой по­ лосой антифрикционного сплава.

Во втором случае, при правильном соотношении толщин стенок, нижняя образующая рабочей поверхности подшипника имеет одина­ ковый с цапфой знак деформации (выпуклостью вниз), и удельные дав­ ления вдоль оси подшипника распределяются более равномерно на всех режимах работы дизеля.

Для снижения удельных давлений применяют одноопорные крейцкопфные подшипники со сплошной нижней половиной (см. рис. 8.19).

Для современных МОД крейцкопфные подшипники часто изго­ тавливают со стальными тонкостенными вкладышами 4 (см. рис. 8.196), залитыми антифрикционным сплавом. При необходимости вкладыши можно легко заменять, используя верхний вкладыш в качестве нижнего.

Хорошо зарекомендовали в работе крейцкопфные подшипники с ромбовидными вкладышами. Вкладыш состоит из стального основа­ ния С (рис. 8.19в), на которое нанесен слой свинцовистой бронзы В с пересекающимися под углом 14° пазами, залитыми центробежным способом оловянистым или свинцовистым сплавом. После механичес­ кой обработки на рабочую поверхность вкладыша гальваническим спо­ собом наносят слой приработочного покрытия А (88% свинца, осталь­ ное олово и медь). Ромбовидные подшипники монтируют и демонти­ руют с помощью гидравлических домкратов с контролем равномерно­ сти затяга по удлинению болтов.

Практические замечания.

Чаще всего встречающиеся повреждения крейцкопфных подшип­ ников сводятся к растрескиванию белого металла - появлению трещин

Рис. 8.19. Верхние головки и подшипники шатунов крейцкопфных дизелей: а) «Зульцер» RD; 6) «Бурмейстер и Вайн» K-GF; в) ромбовидный вкладыш крейцкопфного подшипника (поперечное сечение)

усталостного характера, сдавливанию заливки - заполнению или по­ чти полному исчезновению масляных канавок, блокированию масло­ подводящих отверстий. Подобные повреждения обычно вызываются чрезмерно высокими давлениями газов в цилиндрах в период манев­ ров двигателя, когда их переводят с тяжелого топлива на дизельное. Последнее обладает лучшей способностью к воспламенению (более высокое цетановое число) и большей скоростью сгорания. В итоге дав­ ление сгорания увеличивается в 1,2—1,5 раза, чтох естественно, соот­ ветственно увеличивает нагрузки на подшипник, сигналом превыше­ ния давления является подрыв предохранительных клапанов. В этой ситуации рекомендуется избегать даже кратковременной работы на полных мощностях.

Г л а в а 9

ПОДШИПНИКИ КРИВОШ ИПНО­

ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

§9.1. Условия работы, нагрузки

Подшипники являются одним из основных элементов двигателей, определяющих их ресурс и надежность.

На рис. 9.1 представлены три режима работы подшипников. При неработающем двигателе нагрузка на подшипники определяется мас­ сами коленчатого вала, шатунов с поршнями и маховика. Шейка вала (цапфа) при отсутствии вращения под действием сил тяжести криво­ шипно-шатунного механизма ложится на подшипник, входя в сопри­ косновение с ним (рис. 9 .1а). При пуске двигателя и страгивании шей­ ки с места возникает сухое трение и как следствие - интенсивный из­ нос и нагрев (рис. 9.1 б).

При последующем вращении вала поступающее в зазор масло благодаря силам вязкостного трения затягивается под шейку, и режим переходит в полусухое трение, коэффициент трения уменьшается и при полном отсоединении трущихся поверхностей слоем масла режим полусухого трения переходит в режим жидкостного трения (рис. 9.1 в) -

wm

Рис. 9.1. Режимы работы подшипников

чисто теоретически в условиях жидкостного трения при абсолютно чистом масле можно избежать какого бы то ни было износа подшип­ ников. В создаваемом под шейкой вала масля­ ном клине (рис.9.3) воз­ никают силы внутрен­ него давления, проти­ востоящие нагружаю­

щим шейку силам и разъединяющие трущиеся поверхности (вал всплы­ вает над подшипником). Типичная эпюра давлений в масляном клине показана на этом же рисунке.

На установившемся режиме (постоянство нагрузок и скорости вращения) силы давления в слое масла находятся в равновесии с на­ грузкой на шейку, положение шейки стабилизируется, и она вращается в отверстии подшипника с определенным постоянным эксцентрисите­ том (расстояние от центра подшипника М до центра цапфы М ), опре­ деляющим наименьшую толщину масляной пленки hQи характеризую­ щим минимальное расстояние между шейкой и подшипником. При изменении нагрузки на шейку, а в дизелях нагрузка на подшипники кривошипно-шатунного механизма (КШМ) определяется непрерывно меняющимися в течение рабочего цикла силами давления газов и сила­ ми инерции поступательно движущихся и вращающихся масс, центр шейки меняет свое положение, меняется и толщина пленки в зоне мас­ ляного клина. Вал то удаляется от подшипника, то приближается к нему, выдавливая масло из зазора. Минимальная величина hg может достигать 3-5 мкм, что составляет несколько процентов от величины зазора в подшипнике и в большинстве случаев оказывается меньше