Лабораторная работа
Тема: Переносные цепные моторные пилы
Цель занятия: детальное изучение конструкций бензиномоторных пил и правил их эксплуатации
Структура отчета:
1. Назначение, область применения бензопил;
2. Конструкции бензиномоторных пил;
3. Основные технические данные применяемых пил (мощность двигателя, рабочий объем двигателя, скорость резания, длина пильной шины, марка цепи, масса пилы).
По назначению бензиномоторные пилы подразделяются на специализированные и универсальные. К специализированным пилам относятся те из них, которые используются без переналадки только на одной операции. Они выполняются с высоким расположением рукояток (МП-5 "Урал"). Универсальные пилы, как правило, применяются без переналадок на нескольких операциях (валка, очистка деревьев от сучьев или (и) раскряжевка). К ним относятся так называемые безредукторные пилы (Stihl, Husqvarna, Solo, Jhonsered, Тайга 245 и др.).
В качестве двигателей бензиномоторных пил используются одноцилиндровые карбюраторные двигатели с воздушным охлаждением мощностью 1,2…8,6 кВт. Пилы мощностью в основном до 2,1 кВт считаются любительскими или "легкого" класса. Пилы большей мощности "среднего класса" предназначены для профессиональных лесозаготовительных работ, причем с мощностью более 4 кВт "тяжелые", рекомендуются для валки крупномерного леса и твердых пород. С целью снижения массы пилы применяют двигатели с частотой вращения до 13000 мин-1 с повышенной степенью сжатия. Картер двигателя делается герметичным, так как рабочая смесь всасывается в цилиндр через картер.
Конструкции бензиномоторных цепных пил
В настоящее время ведущими фирмами, производящими универсальные пилы, являются "Штиль" (Германия) (рис. 1) и скандинавский концерн "Электролюкс", в номенклатуре которого более 150 модификаций пил марок "Хускварна", "Партнер", "Джонсеред". Кроме того, применяются специализированные российские пилы с высоким расположением рукояток МП-5"Урал-2 Электрон" безредукторные "Тайга-245" (рис. 2), "Крона-202". В меньших количествах здесь же эксплуатируются универсальные пилы марок "Соло", "Дольмар" (Германия), "Альпина" (Италия), "Мотор Сич" (Украина). Созданное совместное российско-шведское предприятие "Химки-Хускварна" выпускает универсальные пилы марок 257, 254 ХР и с высокими рукоятками марки 262 ХРН. Общий вид пилы МП-5 "Урал" представлен на рис. 3.
Рис. 1. Общий вид бензопилы Stihl:
Рис.2. Общий вид пилы "Тайга-245": 1 – двигатель; 2 – стартер; 3 – крышка маслобака; 4 – крышка бензобака; 5 – рама; 6 – пильный аппарат
Рис. 3. Общий вид бензиномоторной пилы МП-5 "Урал": 1 – рама с рукоятками;2 – крышка маслобака; 3 – редуктор; 4 – валочный гидроклин; 5 - пильный аппарат; 6 – двигатель
Двигатель – бензиновый, одноцилиндровый, двухтактный, карбюраторный с кривошипно-камерной продувкой, то есть картер двигателя с поршнем выполняет роль продувочного насоса. Двигатель состоит из цилиндра, поршня, картера, кривошипно-шатунного механизма и систем: газораспределения, питания, зажигания, смазки и охлаждения. Двигатели безредукторных пил, кроме того, имеют специальные уравнительные механизмы для уменьшения вибрации.
Цилиндр двигателя литой из алюминиевого сплава и выполнен как одно целое с головкой. Снаружи он имеет развитую поверхность охлаждения в виде ребер. Внутренняя (рабочая) поверхность цилиндра износостойкая с гальваническим покрытием толщиной около 0,1 мм. Поршень также отлит из алюминиевого сплава и снабжен двумя компрессионными кольцами (чугунными), утопленными в канавках. С помощью поршня с кольцами герметизируются рабочие полости цилиндра и картера. В цилиндре имеются впускное окно, через которое рабочая смесь поступает в верхнюю его часть и выхлопное окно для выпуска отработанных газов. К патрубку выпускного окна крепится карбюратор, к патрубку выхлопного окна – глушитель. В головке цилиндра имеется резьбовое отверстие, куда ввертывается свеча зажигания.
Картер двигателя – разъемный, литой. На нем крепятся основные узлы двигателя. Он служит камерой для рабочей смеси. Герметичность картера достигается постановкой резиновых сальников в местах выхода коленчатого вала и прокладок между половинками картера и по фланцу цилиндра.
Кривошипно-шатунный механизм состоит из шатуна, поршневого пальца, коленчатого вала и маховика. Все эти детали изготавливаются из легированной стали. Шатун связывает поршень с коленчатым валом. Верхняя головка шатуна соединяется с поршнем через сепаратор игольчатого подшипника посредством запрессованного пальца, который от боковых смещений удерживается двумя кольцевыми пружинными стопорами. Нижняя головка шатуна с шатунными шейками коленчатого вала также соединяется посредством игольчатого подшипника. Коленчатый вал двигателя, выполненный путем объемной штамповки, может состоять из двух или трех частей, соединенных между собой в неразъемный узел. В картере двигателя он устанавливается на двух шариковых подшипниках. На одном конце коленчатого вала крепится ведущая часть муфты сцепления, на другом (хвостовике) – с помощью шпонки маховик. Маховик во время рабочего хода поршня аккумулирует энергию и отдает ее в промежутке между рабочими ходами, чем уменьшает неравномерность вращения коленчатого вала.
Механизм газораспределения осуществляет своевременный впуск в цилиндр двигателя свежей горючей смеси и выпуск отработавших газов. На двигателях бензиномоторных пил открытие и закрытие впускных, выпускных и перепускных окон осуществляется самим поршнем во время его движения внутри цилиндра вверх-вниз.
Принцип работы двигателей пил
При вспышке горючей смеси в цилиндре освобождается энергия, преобразуемая поршнем и коленчатым валом в движение. Из карбюратора бензиновоздушная смесь попадает в нагнетатель (картер), а оттуда – в камеру сгорания. Свеча зажигания воспламеняет смесь. Под давлением рабочих газов поршень движется вниз. Во время движения вниз поршень приводит в действие коленчатый вал. Одновременно он управляет открыванием и закрыванием впускного и выпускного окон и перепускных каналов.
Основные элементы, обеспечивающие работу механизма газораспределения, представлены на рис. 4.
Поршень выполняет роль золотника. При движении поршня вверх из крайнего нижнего положения, называемого нижней мертвой точкой (н.м.т.), закрываются выхлопное и продувочное окна. В цилиндре происходит сжатие рабочей смеси, а под поршнем в картере создается разрежение. При приближении к крайнему верхнему положению, называемому верхней мертвой точкой (в.м.т.), открывается впускное окно и рабочая смесь, приготовленная в карбюраторе, засасывается в картер (рис. 4, а). Когда головка поршня находится на расстоянии 1,8…3,4 мм от в.м.т., рабочая смесь воспламеняется. За это время поршень проходит в.м.т. и под действием резко возрастающего давления в результате сгорания рабочей смеси движется вниз, совершая рабочий ход. При этом перекрывается впускное окно и сжимается рабочая смесь в картере. По мере приближения к н.м.т. поршень открывает сначала выхлопное окно, через которое отработавшие газы выбрасываются наружу, а затем продувочный канал (рис. 4, б). Свежая рабочая смесь, находящаяся в картере под давлением, поступает в цилиндр, одновременно удаляя остатки отработавших газов. Поршень, пройдя н.м.т., под действием энергии маховика начинает двигаться вверх и весь процесс повторяется. Таким образом, цикл рабочего процесса в двигателе совершается за два хода поршня или один оборот коленчатого вала и такой двигатель называется двухтактным.
Различают два такта:
1. Впуск и сжатие.
2. Сгорание и выпуск (с одновременным сжатием горючей смеси в картере).
Во время первого такта поршень (2) движется вверх (рис. 4, а), сжимая горючую смесь в камере сгорания (1). Впускное окно (4) открывается, свежая горючая смесь поступает в картер (5).
а |
б |
Рис. 4. Конструкция и принцип действия двухтактного двигателя: а – впуск и сжатие; б – сгорание и выпуск; 1 - камера сгорания; 2 - поршень; 3 - выпускное окно; 4 - впускное окно; 5 - картер; 6 - коленчатый вал; 7 - перепускной канал; 8 - свеча зажигания
Во время второго такта поршень при движении вверх закрывает выпускное окно (3) (рис. 4, б) и перепускной канал (7). Смесь сжимается и воспламеняется при нахождении поршня в верхней мертвой точке (в.м.т.). Поршень (2) под действием расширяющихся отработавших газов перемещается вниз.
При движении вниз поршень совершает работу и поворачивает коленчатый вал (6). Одновременно он сжимает смесь в картере (5). Выпускное окно (3) и перепускной канал (7) открываются. Возникающие отработавшие газы выходят из камеры сгорания через выпускное окно. Предварительно сжатая свежая смесь поступает через перепускной канал в камеру сгорания и вытесняет оставшиеся отработавшие газы. В заключение поршень перемещается снова вверх.
У двухтактного двигателя каждый второй такт является рабочим. Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает сравнительно спокойно. Так как поршень при движении вверх и вниз открывает или перекрывает впускное и выпускное окно, а также перепускной канал, то газораспределительный механизм не требуется.
Вследствие незначительного смешивания свежей смеси с отработавшим газом в камере сгорания (потеря заряда горючей смеси при продувке) коэффициент полезного действия этого двигателя несколько уменьшается. Подвижные детали в цилиндре (поршень, шатун и коленчатый вал) непрерывно обтекаются горючей смесью. Для непрерывного обеспечения достаточной смазки в бензин должно добавляться моторное масло.
Система питания двигателя состоит из бензобака, карбюратора, фильтров (топливного и воздушного), топливопроводов и рычага управления.
Топливо для российских пил представляет собой смесь 12…25 объемных частей бензина А-72 или неэтилированного А-76 с одной частью автомобильного масла М-8А, для зарубежных – смесь 25…40 частей бензина АИ-92 (АИ-93) с одной частью масла для двухтактных двигателей MOBIL SUPER-2T, VALVOLINE-2T или АЗМОЛ СТАРТ-2Т и др. В случае применения фирменного бензина и масла на соответствующей пиле это отношение может составить 50:1.
Бензобаки пил МП-5"Урал-2Э" изготовлены из листового металла и расположены на раме пилы. Бензобаки у безредукторных пил располагаются на корпусе пилы. Поступление топлива из бензобака к карбюратору осуществляется по топливопроводу. Топливо от механических примесей очищается с помощью сетчатого фильтра, установленного: на отстойнике (пилы МП-5"Урал-2Э", "Дружба-4"); на заборнике топлива (пилы "Тайга-245", М-228 и др.); в карбюраторе (пилы концерна "Электролюкс" и др.). Для устранения вакуума в бензобаках при расходе топлива, в них ставятся специальные сапунные устройства.
Практически на всех пилах устанавливаются беспоплавковые карбюраторы мембранного типа. Карбюратор служит для приготовления рабочей смеси и обеспечения нормальной работы двигателя на холостом ходу и под нагрузкой. Для обеспечения работы пилы в любом положении применяются карбюраторы с подкачивающим насосом.
Карбюратор КМП-100, устанавливаемый на пиле МП-5 "Урал", "Тайга-245", с подкачивающим насосом (рис. 5). Состоит из трех основных частей: топливного насоса / со штуцером топливопровода; топливной камеры // с мембранным механизмом и корпуса III с системой дозировки топлива, обеспечивающей нормальную работу двигателя на всех режимах.
Топливный насос имеет мембрану 17, штуцер подвода топлива /, клапаны 2 и 16. При работе двигателя или вращении коленчатого вала при его заводке переменное давление в картере передается по каналам в цилиндре и каналу 10 карбюратора в полость насоса над мембраной, вызывая ее движения вверх и вниз, при этом движение вниз усиливается пружиной. При движении мембраны вверх (разрежение в картере) под действием разрежения в нижнюю полость насоса засасывается топливо через открывающийся клапан 2. При движении мембраны вниз (увеличение давления в картере) клапан 2 закрывается, открывается клапан 16 и топливо подается к клапану топливной камеры //.
Рис. 5. Принципиальная схема карбюратора с подкачивающимся насосом
Мембранный механизм топливной камеры состоит из мембраны 14, пластины 4 и нажимной обогатительной кнопки 3.
При помощи мембраны 14, воздействующей на рычаг 13, открывается топливный клапан, и топливо из подкачивающего насоса по каналу 15 поступает в топливную камеру. Топливный клапан закрывается под действием пружины 12. Полости ниже мембраны сообщаются с атмосферой, а выше — с диффузором. При уменьшении давления в диффузоре оно распространяется на полость топливной камеры над мембраной, которая прогибается вверх, открывая топливный канал. Чем больше разрежение в диффузоре, тем больше открывается клапан и больше топлива поступает в топливную камеру.
Дозировка топлива при работе двигателя под нагрузкой производится распылителем 6, топливо к распылителю поступает по каналу, сечение которого регулируется регулировочным винтом 5. В полости канала имеется обратный клапан, препятствующий попаданию атмосферного воздуха по каналу в полость топливной камеры при работе двигателя на холостом ходу. Эта система дозировки топлива является главной. При работе на холостом ходу подача топлива в диффузор 7 производится через отверстия 9 и подводящие каналы с регулировочным винтом // холостого хода.
При запуске двигателя после продолжительного перерыва полость топливной камеры заполняется топливом, для этого надо нажать на обогатительную кнопку 3 или с помощью стартера несколько раз провернуть коленчатый вал двигателя при закрытой дроссельной заслонке карбюратора.
Рабочая смесь образуется в диффузоре 7 в результате смешивания воздуха, проходящего через фильтр с всасываемым из жиклеров топливом. Частота вращения вала двигателя (количества смеси) регулируется винтом 8, а качество рабочей смеси винтом 11. Для очистки воздуха, поступающего через диффузор карбюратора в двигатель, имеются воздушные фильтры, фильтрующие элементы которых состоят из нескольких слоев металлической сетки.
Карбюратор, устанавливаемый на пилах Stihl, состоит из корпуса (рис. 6), внутренняя часть которого выполнена в виде воздушного сопла (сопло Вентури) (8). Через это воздушное сопло протекает всасываемый от двигателя воздух. Чем меньше поперечное сечение, тем больше скорость воздушного потока, тем больше разряжение. К различным местам воздушного сопла (диффузора) подведены топливные жиклеры (11, 12), из которых воздушным потоком засасывается топливо.
Рис. 6. Мембранный карбюратор: 1 - импульсный канал; 2 - топливный патрубок; 3 - впускной клапан; 4 - диафрагма насоса; 5 - выпускной клапан; 6 - сетчатый топливный фильтр; 7 - воздушная заслонка; 8 - сопло Вентури (диффузор); 9 - дроссельная заслонка; 10 - топливный канал; 11 - главный топливный жиклер (клапанный жиклер); 12 - жиклеры системы холостого хода; 13 - главный регулировочный винт; 14 - впускной регулировочный клапан; 15 - винт регулирования горючей смеси при холостом ходе; 16 - регулировочная мембранная камера; 17 - впускной регулировочный рычаг; 18 - регулирующая мембрана; 19 - отверстие (связь с атмосферой)
Топливный насос, система форсунок и регулировочные устройства для оптимального приготовления топливовоздушной смеси интегрированы, или встроены, в корпус.
Расход топлива, а поэтому и мощность двигателя регулируются с помощью дроссельной заслонки (9).
Импульсная полость топливного насоса соединена через импульсный канал (1) с картером приводного механизма. В результате перемещения поршня в картере происходит быстрое последовательное изменение давления. Это переменное пониженное или повышенное давление управляет диафрагмой насоса (4). Таким образом, топливный насос работает в зависимости от частоты вращения двигателя.
Для сгорания топливовоздушной смеси необходим кислород, который поступает вместе с впускаемым воздухом. С тем чтобы в приводной механизм и карбюратор при этом не попала пыль и грязь, перед последним установлен воздушный фильтр (не изображен).
Топливо подается насосной диафрагмой (4) из топливного бака через топливопровод, всасывающую головку, всасывающий патрубок (2) карбюратора, впускной и выпускной клапаны (3, 5) насоса и сетчатый топливный фильтр (6) к впускной игле (14), и впускным клапаном – к мембранной регулировочной камере (16).
Впускная игла (14) соединена с регулирующей мембраной (18) посредством впускного регулировочного рычага (17). Полость под регулирующей мембраной соединена с атмосферой через отверстие (19) в крышке. Изменение давления в цилиндре и картере оказывает влияние также на работу карбюратора. При впуске в сопле Вентури (8) возникает разряжение, и в результате этого, в зависимости от положения дроссельной заслонки (9), возникает воздушный поток. При этом всасывается топливо из жиклеров (11, 12) и примешивается к проходящему воздуху.
Топливо распыляется в диффузоре (сопле Вентури), в результате чего образуется необходимая для сгорания в цилиндре топливовоздушная смесь.
Смесь подводится в цилиндр. Здесь отдельные капли смеси вследствие высокой температуры испаряются.
Полость под регулирующей мембраной (18) соединена с атмосферой, поэтому мембрана отжимается наверх. Одновременно посредством впускного регулировочного рычага (17) приподнимается из седла впускная игла (14) (на рис. 2 изображено движение вниз), и в мембранную камеру поступает новое топливо. Таким образом, регулирующая мембрана устанавливается так, что постоянно поступает некоторое количество топлива, всасываемое из жиклеров.
Количество топлива, поступающее из жиклеров в диффузор, может регулироваться главным регулировочным винтом (13) и винтом регулирования рабочей смеси при холостом ходе (15).
При вывинчивании регулировочных винтов происходит обогащение, при ввинчивании – обеднение рабочей смеси. Частота вращения при холостом ходе может дополнительно регулироваться расположенным вне картера карбюратора упорным винтом управления подачей топлива при холостом ходе, воздействующим на рычаг оси дроссельной заслонки.
С помощью регулировочных винтов может постоянно настраиваться оптимальная мощность двигателя при различных внешних условиях эксплуатации (например, в горах или на уровне моря).