Конструкция и работа дизеля

/ Тепловозы серии ДА и ДБ / Конструкция и работа дизеля

Источником превращения тепловой энергии топлива в механическую служит дизель, являющийся основной частью тепловоза. От чёткого действия дизеля, его исправного состояния в огромной степени зависит надёжная работа всего локомотива. Поэтому тепловозная бригада должна хорошо знать и устройство и обслуживание дизеля.

На тепловозе ДА установлен шестицилиндровый четырёхтактный двигатель дизеля с наддувом по системе инж. Бюхи.

Работа каждого цилиндра дизеля совершается поочерёдно и протекает одинаково в каждом цилиндре. Все цилиндры работают на общий коленчатый вал дизеля.

Полный рабочий цикл в каждом цилиндре осуществляется за четыре хода поршня, или такта.

Первый ход - поршень движется вниз, всасывающий клапан открыт и воздух с давлением в 1,3 - 1,35 ат и температурой 50-80° нагнетается турбовоздуходувкой в цилиндр машины.

Второй ход. При движении поршня вверх всасывающий клапан закрывается и воздух в цилиндре начинает сжиматься. К концу хода сжатия объём уменьшается в 13-14 раз. Давление в цилиндре повышается до 30 - 33 ат, а температура воздуха до 527-627°.

Третий ход. За 15° до верхнего положения кривошипа в среду сжатого воздуха в цилиндр при помощи форсунки, под давлением 250 ат, вводится топливо. После прохода поршнем мёртвого положения топливо полностью сгорает, при этом давление газа повышается до 45 ат, а температура газа - до 1650°-1850°. Далее, под давлением газов поршень движется вниз, совершая полезную работу. При положении кривошипа, соответствующем 50° до нижней мёртвой точки, открывается выхлопной клапан и газы направляются в газовую турбину наддувочного аппарата, а затем выбрасываются в атмосферу.

Четвёртый ход. При движении поршня вверх происходит выталкивание газов. Температура и давление газов будут зависеть от нагрузки на машину.

При полной нагрузке давление перед турбиной достигает 1,25 ат, а температура - 480°.

При верхнем положении поршня некоторый период времени всасывающий и выхлопной клапаны остаются одновременно открытыми. Это делается для лучшей продувки и очистки цилиндра свежим воздухом от остаточных газов. Дальнейшая работа в каждом цилиндре совершается в том же порядке.

Таким образом, следует, что из четырёх ходов поршня только третий является рабочим ходом, при котором совершается полезная работа, остальные хода - вспомогательные и осуществляются за счёт работы соседних цилиндров.

Вспышки по цилиндрам происходят в следующей последовательности: 1 - 3 - 5 - 6 - 4 - 2. Нумерация цилиндров ведётся от передней части тепловоза.

Общий вид дизеля с левой стороны
Фиг. 2. Общий вид дизеля с левой стороны

/-регулятор числа оборотов дизеля, 2-привод (соленоид) для выключения насосов регулятором дизеля при падении давления масла в системе, 3-электропневматические клапаны, управляемые с поста машиниста ручкой контроллера, 4-шестерни привода водяного насоса, 5-центробежный водяной насос, о-регулятор безопасности, останавливающий дизель, если последний превысит максимально установленное число оборотов, 7-кожух кулачкового вала нефтяных насосов, 8-топливный фильтр, 9-реле давления масла, выключающее подачу топлива в цилиндры воздействием на сервомотор регулятора дизеля в случае падения давления или недостаточного давления в масляной системе, 70-масляный насос, 17 -турбовоздуходувка, 72-главный генератор, 73-картер дизеля, 74-смотровой лючок регулятора безопасности, 1$~выхлопная труба цилиндров 2, 3 и 6, 75-выхлопная труба цилиндров 1, 4 и 5, 77-топливные насосы, 18-рукоятка предохранителя регулятора безопасности, 79-ру-коятка для ручного выключения топливных насосов, 20-воронка- для заливки масла в картер, 27-трубка,для слива масла нз кожуха кулачкового вала в картер, 22-смотровые люки картера, 23-трубка для подвода масла к турбовоздуходувке, 24-трубка для слива масла из турбовоздуходувки, 25-трубка для спуска воды из турбовоздуходувки, 26- рейка для замера уровня масла в картере, 27-кожух регулятора безопасности

На фиг. 2 показана левая сторона дизеля (если смотреть из кабины управления)* некоторой видно расположение основных частей, а на фиг. 3 представлен общий вид дизеля с правой стороны. На фиг. 4 изображён разрез дизеля через цилиндр. Рассматривая приведённые фигуры, нетрудно уяснить конструкцию и работу основных узлов дизеля.

Картер, или рама 18 (фиг. 4) дизеля, является жёсткой коробчатой системой, в которой на семи подшипниках укладывается коленчатый вал дизеля. С правой и левой стороны картера имеются люки, закрывающиеся литыми крышками 20, которые укрепляются глухими гайками. При помощи специальных полок 24 картер крепится к раме тепловоза. В задней части картера имеется специальный фланец (большого размера) для привалки главного генератора. Фланцы картера и корпуса генератора соединяются призонными болтами.

Пригонка и установка фланцев производятся очень тщательно, чтобы оси вала дизеля и генератора строго совпадали во время работы. Устойчивое положение общей оси сохраняется при условии хорошего крепления картера с генератором и благодаря монтажу картера и генератора на одной общей жёсткой раме тепловоза.

Общий вид дизеля с правой стороны
Фиг. 3. Общий вид дизеля с правой стороны

1-масляные фильтры, 2-смотровые люки распределительного вала, 3-реле давления масла, 4-всасывающий трубопровод, 5-главный генератор, в-турбовоздуходувка

Блок цилиндров на картере устанавливается и соединяется с ним короткими 22 и длинными 23 болтами. Такое крепление блока цилиндров и картера придаёт жёсткость всей системе дизеля, что очень важно для хорошей работы вала, а также создаёт хорошую плотность между блоком и картером, чем предупреждается просачивание масла из картера наружу.

Колена вала дизеля расположены под углом 120°. Конец вала, обращенный к генератору своим фланцем, соединяется с фланцем якоря генератора. Первый подшипник коленчатого вала со стороны генератора одновременно является также и упорным подшипником, предупреждающим осевые перемещения вала. Коренные подшипники имеют вкладыши, залитые специальным сплавом

«Сатко» (состоящим на 98% из свинца, около 1% олова, около 0,5 % кальция и других составляющих). Верхние крышки упорного и четвёртого подшипников крепятся четырьмя шпильками, остальные - двумя. Особенностью этих дизелей является то, что подшипники не имеют прокладок, регулирующих зазор. Между валом и

Разрез дизеля по цилиндру
Фиг. 4. Разрез дизеля по цилиндру

1-рычаги выхлопных и всасывающих клапанов, 2-форсунка, 3- всасывающий трубопровод, 4-цилиндровая втулка, 5-поршень, б-валик направляющего рычага (качалки) толкателя, 7-кулачковый распределительный вал, 8-шатун, 9-коленчатый вал, 10-всасывающий клапан, 11-выхлопной Клапан, 12-коллектор горячей воды, 13-выхлопные трубопроводы, 14-электропневматические клапаны регулятора дизеля, 15-сервомотор, 16-крышка цилиндра, 17-блок цилиндров, 18-картер, 19-толкатели, 20-крышки люков для осмотра подшипников, 21-колпак цилиндровой крышки, 22-короткие шпильки яля крепления к картеру цилиндрового блока, 23-длинные болты для крепления к картеру цилиндрового блока, 24 - полки картера для укрепления дизеля на тепловозе, 25-масляная труба общая, 2б-масляная трубка для смазки коренного подшипника, 27-топливная иагиетательиая трубка, 28- водяное пространство цилиндра дизеля, 29-внутренний всасывающий канал водяного насоса, ,30-резиновые кольца между крышкой и цилиндром, 31- шпильки для крепления крышки, 32-резиновые кольца для уплотнения втулки крышкой подшипника допускается зазор для масла размером 0,12 - 0,15 мм.

Следует отметить, что по мере износа вкладышей со сплавом «Сатко» они будут заменяться вкладышами, залитыми баббитом марки Б-83.

Четвёртый и упорный подшипники имеют большую ширину, чем остальные, так как они испытывают большие усилия.

В блок цилиндров вставляются чугунные цилиндровые втулки. Между втулкой и стенками блока цилиндров образуется водяное пространство 28 (фиг. 4),через которое проходит вода, охлаждающая дизель. В нижней части втулки ставятся три резиновых кольца 32 для предупреждения попадания воды в картер дизеля и порчи масла.

Крышки цилиндров дизеля ставятся на цилиндровые втулки на шпильки и крепятся гайками. На днищах крышек имеются выступающие круговые пояски, а на торце цилиндровых втулок-соответствующие ручьи, куда входят эти пояски. Уплотнение достигается притиркой поясков в ручьях без постановки медных колец* как это обычно имеет место в других дизелях.

Вода из блока в крышки перетекает через каналы, расположенные по окружности крышки и цилиндра, причём каналы малого сечения служат для удаления воздуха. Уплотнение между крышками и блоком достигается постановкой резиновых колец.

Каждая крышка цилиндра крепится на восьми шпильках 31, ввёрнутых в блок. В цилиндровые крышки в свою очередь ввинчено по четыре шпильки, на которые ставятся специальные колпаки, прижимаемые сверху гайками.

Эти коробки внутри имеют опоры для валиков обоих распределительных рычагов и, кроме того, снабжены направляющей втулкой для вспомогательной пружины рычага всасывающих клапанов.

Колпаки, устанавливаемые на цилиндровые крышки, во-первых, исключают попадание песка и грязи на них, во-вторых, глушат шум, создаваемый клапанами, и, наконец, позволяют держать в опрятном виде дизель при наличии обильной смазки, подводимой на рабочие поверхности газораспределения от центральной смазочной системы.

Крышки двигателя имеют по два всасывающих и по два выхлопных клапана. Клапаны попарно приводятся в движение рычагами 7 от толкателей. Посадка клапанов на сёдла производится пружинами, а нажатие вниз-кулачками распределительного вала 7 через толкатели 19.

Как уже отмечалось, дизель имеет два распределительных вала. Правый 7 служит для привода в движение выхлопных и всасывающих клапанов, а левый - для привода топливных насосов и регулятора. Оба распределительных вала получают вращение от коленчатого вала через систему шестерён, приводимых в движение от разъёмной зубчатки, закреплённой на коленчатом валу дизеля. От этого колеса движение передаётся на промежуточную шестерню (паразитную), а от последней через большие шестерни приводятся в движение как правый распределительный вал, так и вал распределения топливных насосов и регулятора. От левой большой шестерни получает также движение через свою шестерню вал водяного центробежного насоса 5 (фиг. 2).

Весь этот набор шестерён монтируется на лобовой части блока цилиндров со стороны генератора и закрыт специальным кожухом.

Смазка ответственных частей в этой машине осуществляется под давлением обычным способом. Масло из картера шестерёнчатым насосом подаётся в холодильник, а из холодильников через фильтр системы Куно под давлением 2,5 - 4 ат поступает в трубу 25 (фиг. 4), смонтированную в картере, и от этой трубы разводится к трущимся частям машины.

По трубкам 26 масло подводится к крышкам коренных подшипников, частично сливается в картер, а остальное по отверстию в вале, (показанному на левом рисунке), направляется по шатуну к его верхней головке, смазывает поршневой палец и затем стекает в картер.

Все остальные части дизеля, как то: ролики толкателей, шестерни распределительного вала, валики клапанных рычагов, турбовоздуходувка и др., смазываются маслом от общей трубы 25. Исправная система смазки имеет огромное значение для надёжной и хорошей работы дизеля.

Задача поездной и комплексной бригады заключается в том, чтобы поддерживать эту систему в исправном состоянии, т. е. обеспечивать плотность всех соединений и своевременно .периодически осматривать и очищать маслоразводящие трубки с тем, чтобы предупреждать их от засорения. Непременным условием хорошей работы системы смазки является поддержание зазоров в трущихся частях машины в пределах допускаемых норм.

Для того чтобы обеспечить механическую прочность металла и нормальную смазку трущихся частей поршня и втулки, дизель должен охлаждаться. Охлаждение дизеля - циркуляционное и происходит по замкнутой системе, состоящей из водяного центробежного насоса, холодильников, водяного бачка, трубопроводов и собственно дизеля. Вся эта система заполнена водой.

Водяной бачок располагается выше дизеля, поэтому последний всегда наполнен водой, что благоприятно отражается на работе крышек» так как при всех условиях исключается образование воздушных мешков в крышках и их перегрев. Во время работы дизеля водяной насос создаёт интенсивную циркуляцию воды в этой закрытой системе охлаждения и таким образом обеспечивает полное охлаждение дизеля. В самом дизеле вода циркулирует следующим образом: из холодильников она поступает по внутренней всасывающей камере блока цилиндров в водяной насос и нагнетается в водяное пространство 28, омывая втулку» и затем перетекает в крышку, из которой по трубе коллектора 12 поступает в холодильник. Водяной насос представляет собой центробежный насос простого действия, закрытого типа*, с лопастями. Лопасти бронзовые, а вал из нержавеющей стали. Смазка насоса водяная с автоматической подачей воды под давлением насоса. Зазор у втулки вала 0,15 им.

Крышка дизеля (фиг. 5). Крышка дизеля отливается из чугуна. В центре крышки размещается форсунка 7, а по бокам два всасывающих 2 и два выхлопных 3 клапана. Крышка коробчатого типа, охлаждаемая водой.

Особенность конструкции крышек состоит в том, что они не имеют клапанных корпусов. В крышку запрессовываются специальные втулки 4, через которые снизу пропускаются шпиндели клапанов, на этих же втулках ставятся клапанные пружины 5. В крышке имеются

Крышка цилиндра двигателя 1-фланец форсунки, 2 - всасывающий клапан, 3 - выхлопной клапан, 4 - направляющие
Фиг. 5. Крышка цилиндра двигателя 1-фланец форсунки, 2 - всасывающий клапан, 3 - выхлопной клапан, 4 - направляющие

втулки, 5-пружины клапана два отверстия для пропуска толкателей клапанных шпинделей. Сверху крышки на притёртую поверхность ставится специальная коробка, а на эту коробку кладётся колпак21 (фиг. 4), прижимающийся к коробке четырьмя болтами. В коробке монтируются валики и рычаги передачи движения от толкателей к клапанам.

Недостатком такой конструкции является то, что при необходимости выемки клапанов требуется снятие крышки дизеля.

Коленчатый вал дизеля. Вал изготовляется из высококачественной стали, термически обрабатывается, колена вала располагаются под углом 120° друг к другу (фиг. б).

У этого дизеля только мотылёвые шейки вала сделаны полыми. Подвод масла от коренных шеек к мотылёвым происходит по трубкам, вставленным в тело мотылёвой шейки. В эти отверстия и трубки, проходящие через полости мотылёвых шеек, и подаётся масло.

б. Коленчатый вал дизеля
Фиг. б. Коленчатый вал дизеля

Г-фланец для присоединения генератора, 2-разъёмная шестерня для привода распределительного вала, 3- упорная шейка вала, 4-вкладыши упорного подшипника, 5-отверстие для масла, б-средняя коренная шейка (четвёртая), 7-вкладыши среднего коренного подшипника, щека вала, 9-вкладыши коренной шейки, 70-отверстия для буксовки

На заднем конце вал имеет фланец для соединения с валом генератора, вблизи которого на валу крепится шестерня» приводящая в движение распределительные валы.

Поршень (фиг. 7) изготовляется из алюминиевого сплава Ь0 -Ех путём отливки в кокиль с металлическим стержнем. Днище поршня вогнутое, благодаря чему достигается лучшее перемешивание топлива с воздухом и хорошее сгорание. Поршень имеет пять уплот-нительных колец. Маслосрезываю-щие (три кольца) - толще и имеют прорезы по торцам для прохода масла внутрь поршня.. Кольца изготовлены из чугуна разного состава.

Палец поршня стальной, цементированный, вставляется в отверстия поршня лёгкими ударами молотка. Для предотвращения порчи поверхности цилиндровой втулки при сдвиге пальца в отверстиях поршня, по концам пальца (в отверстия поршня) закладываются особого вида вставки, закрепляемые в определённом положении.

Шатун с его деталями показан на фиг. 8. Шатун стальной, штампованный, термически обработанный, неразъёмный, имеет мотылёвые бронзовые вкладыши, залитые сплавом «Сатко». Головной подшипник представляет собой бронзовую втулку. Нижняя половина мотылёвого подшипника крепится к шатуну четырьмя шатунными болтами. Корончатые гайки этих болтов обязательно шплинтуются.

Поршень
Фиг. 7. Поршень

7-поршень, 2-отверстия для масла, 3- ручьи для маслосрезывающих колец, 4- ручьи для уплотнительных колец, і-поршневые кольца, б-Отверстия для пальца поршня, 7-палец поршня, 8-вставки, центрирующие палец

Шатунные болты явлштся наиболее ответственной частью машины, поэтому в процессе эксплуатации и ремонта на состояние болтов и их работу надо обращать особое внимание.

1 - тело шатуна, 2 - крышка мотыл8вого подшипника шатуна, 3 -втулка верхней головки шатуна, $ - верхний и нижний вкладыши мотылёвого подшипника, 6 - шатунные болты,

7-шплинты

Топливный насос дизеля имеет назначение под большим давлением подавать топливо в цилиндр через форсунку. Насос является одной из ответственнейших частей дизеля. К нему предъявляются очень высокие требования в части точности изготовления и регулировки. Достаточно сказать, что топливный насос в зависимости от нагрузки и числа оборотов дизеля должен отмерять от 0,7 до 0,2 г топлива и под давлением 250 ат в течение весьма малых долей секунды подавать его в цилиндр дизеля. Чтобы при таких условиях насос длительное время чётко работал, необходимо применять топливо без механических примесей и следить за исправным действием фильтров, так как механические примеси (песок, железные стружки и т. д.) могут быстро вывести насос из строя.

На дизеле тепловоза ДА установлен топливный насос типа Бош, показанный в разрезе на фиг. 9. Там же отдельно (слева) представлен плунжер насоса в увеличенном масштабе. Этот рисунок позволяет более легко уяснить действие насоса.

Плунжер насоса 3 плотно пригнан во втулке 4. Когда под действием пружины 6 плунжер 3 перемещается вниз, в надплун-Жерном пространстве Б создаётся разрежение, и когда кромка а плунжера откроет канал, соединяющий камеру А с камерой Б, в надплунжерное пространство из камеры А начнёт поступать под давлением нефть и заполнит его.

Шатун
Фиг. 8. Шатун

Общие сведения | Тепловозы серии ДА и ДБ | Топливный насос