Конструкции крейцкопфа с двумя и четырьмя ползунами представлены на рис. 40. Конструкция с четырьмя ползунами позволяет снижать удельные нагрузки на параллели двигателя, повышает надежность и долговечность крейцкопфного соединения, однако усложняет конструкцию двигателя и условия разборки и сборки головного соединения. На рис. 40, в в аксонометрии показан крейцкопфный узел мощного судового дизеля ДКРН 76/155 («Зульцер»).
Шатуны
Различают шатуны тронковых и крейцкопфных дизелей. У тронкового дизеля усилия газов, действующих на поршень, передаются непосредственно через шатун на коленчатый вал; у крейцкопфных дизелей эти усилия передаются через шток и крейцкопфный узел. Способ передачи усилий и обусловливает конструкцию головного подшипника шатуна; у тронковых дизелей -- один подшипник, у крейцкопфных -- два.
Стержни шатунов тронковых дизелей имеют круглое или двутавровое сечение. Головной подшипник у небольших дизелей выполняется в виде бронзовой втулки, которая запрессовывается в отверстие шатуна. Мотылевый подшипник у небольших дизелей несъемный. Конструкция шатуна дизеля ДР 30/50 представлена на рис. 41, а. Стержень шатуна 1 круглого сечения имеет центральное сверление 2 для подачи смазочного масла к головному соединению. (У небольших дизелей с шатунами двутаврового сечения масло подается по специальной трубке, проходящей вдоль стержня шатуна,) В отверстие верхней головки шатуна запрессована бронзовая втулка 7, застопоренная болтом 8. Мотылевый подшипник (отъемный) имеет два вкладыша, залитых баббитом. Для центровки подшипника в верхней крышке имеется прилив 6, который входит в паз стержня шатуна. Для регулирования масляного зазора между верхней и нижней крышками устанавливают набор прокладок 5, а для регулирования высоты камеры сжатия дизеля имеется прокладка 4. Монтаж мотылевого подшипника и крепление его к шатуну осуществляются при помощи шатунных (мотылевых) болтов 3.
Шатун (см. рис. 41, б) мощного крейцкопфного дизеля ДКРН 90/155 («Зульцер») состоит из стержня 2, к которому крепятся два головных подшипника 4 и мотылевый подшипник 6.
Головные подшипники собирают на двух болтах 3, а мотылевые -- на четырех 1.
Вкладыши подшипников -- стальные, залиты баббитом. Между пяткой шатуна и мотылевым подшипником устанавливается прокладка 5 для регулирования высоты камеры сжатия цилиндра. Материалом для изготовления стержней шатуна служит сталь 45, для быстроходных дизелей применяют легированную сталь 40ХН. Головки шатуна изготавливают из сталей 35, 45, 35Л, 40ХН.
Коленчатые валы
Для преобразования возвратно-поступательных движений поршней во вращательное движение служит коленчатый вал. Коленчатый вал является наиболее ответственной и дорогостоящей деталью дизеля.
По конструкции и способу изготовления коленчатые валы бывают штампованные, цельнокованые, составные (составленные из нескольких частей) и сборные (собранные горячепрессовой посадкой из отдельных деталей). Штампованные коленчатые валы применяют только для небольших дизелей. Для небольших судовых дизелей применяют также цельнокованые коленчатые валы.
Количество колен (мотылей) коленчатого вала равно количеству цилиндров. (У некоторых дизелей для привода поршня продувочного насоса применяют дополнительное навесное колено.) Угол заклинки мотылей коленчатого вала одних относительно других зависит от количества цилиндров и тактности двигателя. У четырехтактных дизелей при четном количестве цилиндров мотыли заклинивают попарно в одной плоскости, например у четырехцилиндрового двигателя заклинивают в одной плоскости первое и четвертое колена, через 180° -- второе и третье; у шести цилиндрового порядок заклинки мотылей следующий; 1 и 6; через 120° -- 3 и 4 и еще через 120° -- 2 и 5.
У двухтактных дизелей мотыли заклинивают каждый в своей плоскости через равный угол. Расположение колен вала и чередование вспышек в отдельных цилиндрах определяют исходя из следующих условий; не должно быть одновременных вспышек в двух смежных цилиндрах; поступление импульсов на коленчатый вал по всей его длине должно быть равномерным. У коленчатого вала двигателя 8ДР 30/50 (рис. 42) диаметр мотылевых шеек 1 равен 200 мм, рамовых 4 -- 220 мм. Щеки, рамовые и мотылевые шейки имеют внутренние каналы, которые закрыты технологическими пробками 7 и служат для подвода масла от рамовых подшипников к мотылевым. В кормовой части коленчатого вала расположено два маслоотражательных кольца 5, препятствующих выбросу масла из картера, и шпонка 2 для посадки шестерни привода распредвала топливных насосов. В носовой части коленчатого вала имеется дополнительный мотыль 5 для привода продувочного насоса; мотыль откован заодно с коленчатым валом. На рамовую шейку 6 этого мотыля устанавливают шестерню привода масляного насоса. Для уравновешивания центробежных сил коленчатого вала к щекам 8 крепят при помощи болтов 10 противовесы 11. Болты фиксируют стопорными шайбами 9. Удлиненный конец вала служит для установки на нем демпфера крутильных колебаний.
Сборные коленчатые валы выполняют двух типов: у валов первого типа мотыли, откованные цельной деталью, соединяются между собой рамовыми шейками; у валов второго типа, сборных, щеки, мотылевые и рамовые шейки изготовляют отдельными деталями и собирают горячепрессовой посадкой.
Коленчатый вал с цельноковаными мотылями (рис. 43, а) применяется на двигателях ДКРН 70/120 (МАН): щеки вала откованы заодно, с мотылевой шейкой 3; в отверстия щек запрессованы рамовые шейки 1; для подачи масла от рамовых к мотылевым подшипникам в щеках и шейках имеется система отверстий, которые закрывают заглушками 2. Коленчатые валы дизелей этой фирмы выполняют обычно из двух частей и соединяют между собой при помощи фланцев.
Щеки и шейки у коленчатого вала двигателя фирмы «Бурмейстер и Вайн» (см. рис. 43, б) выполнены из отдельных деталей (щеки -- из литой стали, шейки -- стальные кованые). Противовесы коленчатого вала у дизелей этой фирмы отливают обычно вместе со щеками. Сборка деталей вала осуществляется горячепрессовой посадкой; при числе цилиндров больше пяти коленчатый вал изготавливают из двух частей, которые соединяют между собой фланцами.
Материалом для изготовления коленчатых валов служит конструкционная сталь 35, 40, 45; для быстроходных дизелей применяют легированную сталь ЗОХМА. Для изготовления коленчатых валов двигателя ЗД 100 применяют хромоникелевомолибденовый модифицированный высокопрочный чугун.
Маховики, антивибраторы, демпферы
Маховик, или маховое колесо, служит для равномерного вращения коленчатого вала. Маховик аккумулирует энергию во время рабочего хода и передает ее на коленчатый вал во время вспомогательных ходов. Размеры и масса маховика зависят от тактности двигателя, частоты вращения коленчатого вала, количества цилиндров. Так, у четырехтактного двигателя маховик будет больше, чем у двухтактного с таким же количеством цилиндров и частотой вращения кленчатого вала, так как импульсы от рабочих ходов на коленчатый вал четырехтактного двигателя поступают в два раза реже, чем на вал двухтактного.
При высоких окружных скоростях маховики изготавливают из стали, при низких -- из чугуна. Маховик размещают на кормовом конце коленчатого вала; очень часто маховик имеет зубчатый венец для соединения с валоповоротным устройством. Для проверки газораспределения двигателя маховик градуируют с указанием мертвых точек подвижных деталей двигателя.
Во время работы двигателя усилия на коленчатый вал поступают в виде импульсов от отдельных цилиндров, что вызывает крутильные колебания в коленчатом вале. Для уменьшения крутильных колебаний до безопасных значений на носовой части коленчатого вала устанавливают антивибраторы или демпферы. Антивибраторы работают без поглощения колебательной энергии, демпферы -- с поглощением ее и поэтому должны иметь устройство для отвода тепла.
В антивибраторе маятникового типа (рис. 44, а) на стальной ступице 1 антивибратора расположены три диска, в которых просверлено по восемь сквозных отверстий. Маятники 3 присоединены к ступице 1 на пальцах 2,4,6 и 7, могут поворачиваться на определенный угол до ограничителя. Осевому перемещению пальцев препятствуют планки 5. Крутильные колебания коленчатого вала вызывают колебания маятников
Демпферы являются более активным устройством для борьбы с крутильными колебаниями. Демпферы бывают пружинные, жидкостные и комбинированные.
Пружинный демпфер (рис. 44, б) состоит из диска 2, связанного с коленчатым валом, и обода 1, который свободно насажен на диск. Между диском и ободом в специальных гнездах 4 установлены пакеты пружин 3. Специальные выступы не дают пружинам поворачиваться. Если резонансные крутильные колебания вала и ступицы превышают определенную амплитуду, то обод демпфера, стремящийся вращаться равномерно, начинает проскальзывать относительно ступицы, сжимая и разжимая пружины. Возникающие между ободом и ступицей изменяющиеся по величине силы противодействуют колебаниям вала и уменьшают их амплитуду. Таким образом, демпфер поглощает работу возмущающих сил за счет трения в пакетах пружин, кроме того, изменяется частота собственных колебаний системы вследствие изменения жесткости пружин. Смазка и отвод тепла осуществляются маслом, которое подводится по трубе а и отводится по трубе б.
Рис.1 Рабочая индикаторная диаграмма 4-х тактного дизеля.
В зависимости от положения поршня изменение давления в цилиндре двигателя можно изобразить графически в координатных осях PV (давление - объём) замкнутой кривой, которая называется индикаторной диаграммой. На диаграмме каждая линия соответствует определённому процессу (такту):
1-a - процесс наполнения;
a-c - процесс сжатия;
c-z' - процесс горения при постоянном объёме (V=const);
z'-z - процесс горения при постоянном давлении (P=const);
z-b - процесс расширения (рабочий ход);
b- процесс выпуска
Po - линия атмосферного давления.
Снятие индикаторных диаграмм производят после прогрева двигателя при установившемся тепловом режиме. После снятия каждой диаграммы индикатор должен быть отключен от цилиндра 3-ходовым краном индикатора и индикаторным клапаном на двигателе. Барабаны индикатора останавливают отключением шнура от привода. Периодически после снятия нескольких диаграмм поршень индикатора и его шток надо слегка смазывать. Не следует производить индицирование двигателя при волнении моря свыше 5 баллов. При снятии индикаторных диаграмм привод индикатора должен быть исправным, индикаторные краны полностью открыты. Диаграммы рекомендуется снимать одновременно со всех цилиндров; если последнее невозможно, то последовательное снятие их надо производить в возможно более короткий срок при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя.
Способы получения(снятия) индикаторных диаграмм
Для получения индикаторных диаграмм используются механические индикаторы либо электронные системы измерения давления газов в цилиндре и топлива в процессе впрыскивания (MIP Calculator, pressureanalyzer)(NK-5 "Аутроника" и Cyldet ABB). Для получения полноценных индикаторных диаграмм с помощью механического индикатора двигатель д.б. оборудован индикаторным приводом.
Задание№2
1. Регулировка зазоров в клапанах газораспределительного механизма
Зазоры в клапанах газораспределительного механизма проверяют через определенное число часов работы двигателя. Для каждого типа двигателя они различны, указываются в инструкции по эксплуатации и замеряется для каждого цилиндра отдельно.
Вращая коленчатый вал, устанавливают поршень в проверяемом цилиндре в в.м.т. в конце такта сжатия. При этом выпускной и впускной клапаны должны закрыться. Затем вставляют щуп 1 между штоком клапана и рычагом -- при верхнем расположении клапанов (рис. 1, а) или между штоком клапана и толкателем 2 -- при нижнем расположении клапанов (рис. 1, б). Если эти зазоры не соответствуют инструкции по эксплуатации двигателя, то отворачивают контргайку 3 и вывертывают или ввертывают регулировочный винт 4, от чего зазор изменится. По окончании регулировки контргайку затягивают, чтобы во время работы двигателя величина зазоров не нарушилась.
Рис. 1. Регулировка зазора в клапанах газораспределительного механизма.
Установленные зазоры обеспечивают правильную работу клапанов при условии, что шестерни, передающие вращение от коленчатого вала к распределительному валу, соединены друг с другом по заводским меткам, а кулачные шайбы не имеют повреждений и правильно установлены на распределительном валу.
2.Фаза газораспределения -- это период от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала и отмечаются по отношению к начальным или конечным моментам соответствующих тактов.
Как они виляют на работу двигателя
У некоторых двигателей система устроена таким образом, что фазы газораспределения являются статичной величиной, а в результате мы получает ДВС с довольно низким КПД. Грубо говоря, двигатель на разных нагрузках работает в разных режимах, а неизменяемые фазы приводят к неэффективной работе.
Однако, существуют и такие ДВС, в которых внедрена система подстройки фаз. Яркий их представитель - двигателя с системой VVTL-i. В двигателях с такой системой при достижении определенных оборотов двигателем, на клапана нагрузка передается дополнительным толкателем. Это существенно повышает КПД.