Рама, блок и втулка цилиндра

/ Тепловоз ТЭ3 / Рама, блок и втулка цилиндра

Рама. Рама относится к деталям остова двигателя. Остов двигателя образуют его основные неподвижные детали, внутри которых расположены втулки цилиндров, шатунно-кривошип-ный механизм, поршни, масляная и топливная системы. Рама - это основание блока и вместе с ним должна обеспечивать продольную жесткость постелей коленчатого вала (соосность расточек под его подшипники); поперечную жесткость, определяющую жесткость втулки цилиндра (расточки под втулки цилиндра). Жесткость остова (блок-рама)-в известной степени гарантия минимального износа трущихся деталей - поршней, поршневых колец, втулок цилиндров, шеек коленчатого вала.

У дизеля 2Д100 остов представляет собой соединение фундаментной рамы и блока. Для уменьшения массы остова конструкции блока и рамы выполнены сварными из стального листа, сортового проката и труб. Сварная конструкция таких крупных изделий, как остов тепловозных дизелей, требуетсовершенной технологии, обеспечивающей минимальную массу присадочного металла (металл сварных швов, общая масса которых у блока типа Д100 составляет примерно 300 кг), компенсацию первоначальными размерами деталей усадки при сварке, которая в подобных конструкциях достигает 0,1-0,2%, дефектоскопию сварных швов, методы опрессовки на герметичность сварных швов, полостей, правильность геометрических размеров и форм.

Технология сварки должна предусматривать способ снятия остаточных термических напряжений методом термообработки, как это выполняется у блока и рамы.

Поддизельная рама (рис. 7) состоит из верхнего и нижнего продольных горизонтальных листов и двух вертикальных листов, сваренных между собой. Вертикальные продольные листы соединены между собой торцовыми листами, а также двумя поперечными сварными балками прямоугольного сечения, в которых имеются колодцы для размещения болтов II и XII коренных опор блока при демонтаже или монтаже коленчатого вала. Для увеличения жесткости поддона, а также исключения перемещения масла при движении локомотива в поддизельной раме установлены поперечные перегородки-успокоители масла.

Компоновка дизель-генератора выполнена так, что генератор без крепления его к торцу блока дизеля установлен на верхний горизонтальный лист рамы своими лапами. Поэтому верхние и нижние листы рамы со стороны генератора (задняя часть рамы) выполнены так, что образуют вилку без поперечной связи. Жесткость этой части рамы создается за счет двойных горизонтальных листов на каждой ветке с соответствующими перегородками и косынками. Под верхними листами в вертикальных листах под лапами генератора вырезаны окна для его крепления. Окна в вертикальных листах под лапами генератора обеспечивают ввод болтов его крепления и затяжку гаек болтов.

В передней части рамы (с противоположной стороны крепления генератора) в нижнем горизонтальном листе выполнены две лапы (по одной с каждой стороны рамы) для крепления рамы на тепловозе. Четыре отверстия в этих лапах предназначены для соединения поддизельной рамы с рамой тепловоза через мощные цилиндрические пружины, сжимаемые болтами.

В нижней части рамы к продольным вертикальным листам приварен поддон. Поддон служит сборником масла, стекающего со всех смазываемых трущихся поверхностей. Верхняя часть поддона ниже поверхности, описываемой шатунами при их вращении, прикрывается съемными сетками, позволяющими стекать маслу в поддон и предохраняющими его от попада-ния металлических частей, в том числе выкрошившегося баббита при выходе из строя вкладыша подшипника.

Внутри рамы, в нижней части поддона, размещен канал сварной конструкции для забора масла насосом. По каналу масло поступает к всасывающей трубе насоса, фланец которой крепится к встречному фланцу на передней торцовой стенке рамы. В этой же передней стенке имеются отверстия, к которым подведены с правой стороны (по ходу тепловза) трубопровод масла, поступающего из фильтра тонкой очистки, который служит также для слива масла из масляной системы тепловоза в картер через вентиль (обязательно закрытый во время работы) , с левой стороны - всасывающая труба для забора масла насосом центробежного фильтра. К отверстию в боковом листе поддона (с правой стороны) подведена труба забора от прокачивающего масляного насоса, в эту же сторону выведена труба для спуска масла из дизеля, соединенная с отверстием в днище поддона.

С левой стороны ( по ходу тепловоза) в вертикальный лист вварена наклонная бонка и труба, которая своим нижним концом входит в нижнюю часть маслосборника. Бонка просверлена, и отверстие служит для установки щупа маслоизмерителя. На пластинчатой части щупа имеются две метки: верхняя метка соответствует верхнему уровню масла в картере, нижняя - нижнему.

Для соединения рамы с блоком дизеля в верхнем горизонтальном листе рамы просверлены отверстия под болты. Точность и правильность установки блока на раме достигается совпадением торцов блока и торцов рамы по плоскостям наваренных на эти торцы фланцев и обработанных перпендикулярно продольной оси рамы, лежащей в одной вертикальной плоскости с осью коленчатого вала. Взаимное положение блока и рамы фиксируется контрольными коническими штифтами. Герметичность соединения блока дизеля с поддизельной рамой от течи масла по стыковой поверхности достигается установкой паронитовой прокладки (составной или цельной).

Рама
Рис. 7. Рама:

1 - верхний горизонтальный лист; 2 - поперечная балка, 3 - отверстие в балке для размещения болта коренной опоры; 4 - горловина с крышкой для заправки маслом; 5 - лапы верхнего листа; 6 - дополнительные листы; 7 - нижний горизонтальный лист; 8 - поддон (маслосборник}; 9- сетки; 10, 16-прорези в стенке канала всасывания; 11 - канал подвода масла к насосу; 12 - труба; 13 -■- фланец канала; 14 - передние лапы рамы; 15 - поперечные перегородки, успокаивающие масло при толчках; 17 - отверстия для крепления дизеля к тепловозной раме; 18 - отверстия для крепления генератора к раме Поддизельная рама со стороны генератора прикреплена четырьмя болтами без пружин к раме тепловоза. От продольного и поперечного сдвигов дизель-генератор предохраняют выступы нижнего горизонтального листа 7 (см. рис. 7), упирающиеся в накладки (упоры), приваренные к настильному листу тепловозной рамы после установки дизель-генератора на тепловоз.

Блок цилиндров. В блоке цилиндров (рис. 8) расположены все детали и сборочные единицы дизеля. Жесткость остова - основное условие стабильности положения оси коленчатого вала, обеспечивающей надежную и длительную работу двигателя, так как рама тепловоза, на которую устанавливается дизель-генератор, не может обладать достаточной жесткостью без значительного утяжеления тепловоза. Блок - сварная конструкция, состоящая в основном из вертикальных, горизонтальных и поперечных стальных листов. Цельные вертикальные листы - это главнейшие элементы, несущие основную силовую нагрузку. Растягивающее усилие от давления газов и сил инерции воспринимается в основном

Блок цилиндров
Рис. 8. Блок цилиндров: 1,4 - нижние и верхние опоры (бугели) коренных подшипников коленчатого вала; 2 - ниши для установки правого и левого коллекторов, выпускных коллекторов; 3 - отсек управления; 5 - опоры кулачковых валов; 6 - отсек воздушного ресивера^; 7 - отсек топливных насосов; 8 - отсек вертикальной передачи

вертикальными листами, расположенными между цилиндрами. Это листы из стали 20Г с ограниченным содержанием кремния и углерода, толщина листов 16 мм. К вертикальным и горизонтальным листам приварены нижние и верхние опоры (бугели) коренных подшипников коленчатого вала, а также опоры кулачковых валов топливных насосов.

Горизонтальными листами блок делится на отсеки верхнего и нижнего коленчатых валов, образуя верхний картер блока и нижний картер. Нижний отсек образован наклонными боковыми листами блока с выштампо-ванными люками для осмотра вала и шатунов, а также поршневой группы дизеля. Через эти люки осуществляется демонтаж поршней и вкладышей. Над нижним картером вертикальными листами образовано два отсека 2 в виде ниш длиной от переднего вертикального листа до вертикального листа отсека вертикальной передачи, расположенных симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящих через продольную ось коленчатого вала, для размещения в них правого и левого выпускных коллекторов. Верхние и нижние внешние кромки вертикальных листов ниш обрамлены мощными (до 30 мм ) полосами, образуя рамку ниш под выпускной коллектор (правая или левая сторона блока та, что находится справа или слева, если смотреть на блок со стороны отсека вертикальной передачи).

Ниши в блоке для размещения выпускных коллекторов закрыты продольными листами-плитами (рис. 9). Плиты жесткости соединяют верхнюю и нижнюю части блока с помощью призонных болтов и имеют вырезы овальной формы, размещенные по осям цилиндров; эти вырезы необходимы для доступа к лючкам выпускного коллектора. Верхние и нижние картеры блока соединены между собой отсеком, где размещена вертикальная передача с картером привода воздуходувки, и отсеком для привода распределительных валов и механизма управления двигателем. Таким образом, по длине блока можно выделить три отсека:

Общий вид блока дизеля двигателя
Рис. 9. Общий вид блока дизеля двигателя: 1 - болт крышки нижнего коренного подшипника нижнего коленчатого вала; 2 - гайка; 3 - плита жесткости левого выпускного коллектора; 4 - прокладки под плиты жесткости, 5 - шпилька верхнего коренного подшипника, 6-верхняя крышка коренного подшипника, 7-верхняя крышка упорного коренного подшипника, 8 - болт призонный, 9 - призонный штнфт с колпачковой гайкой, 10- фланец для крепления

уплотнения носка коленчатого вала управления, размещения втулок цилиндров и вертикальной передачи с картером привода воздуходувки.

На торце блока в нижней его части со стороны генератора размещено уплотнение носка коленчатого вала и ва-лоповоротный механизм, с переднего отсека управления в нижней его части - фланец крепления опорной плиты насосов и регулятора частоты вращения коленчатого вала.

В верхнем и нижнем картерах блока и воздушном ресивере установлены предохранительные клапаны, предохраняющие блок от возможного повышения давления в картере или ресивере, а также от возможного взрыва в картере от перегретых деталей. Для удобства монтажа и демонтажа вкладышей коренных подшипников верхние крышки лож подшипников крепят к бугелю верхнего коленчатого вала шпильками, а нижнего - болтами.

Втулка цилиндра. В конструкции цилиндровых втулок с прямоточно-щелевой продувкой роль органов распределения играют продувочные и выпускные окна, форма которых обеспечивает заданное направление потока воздуха в цилиндре для достижения хорошей его очистки и завихрения потока для улучшения смесеобразования.

В верхней части втулки цилиндра выполнены равномерно по окружности 16 впускных окон (рис. 10 и 11) с тангенциальным наклоном и расположением под углом 24° 30' и наклоном 11° 30' к вертикальной оси цилиндра, через которые воздух поступает в цилиндр из продувочного (воздушного) ресивера и, совершая винтообразное движение, поступает к выпуску.

Кромки окон закруглены для улучшения коэффициента расхода воздуха при продувке. Размеры и фазы открытия окон выбирают так, чтобы время-сечение их обеспечили хорошую очистку и наполнение цилиндра, а продувочные окна не допускали заброса газов в наддувочный ресивер.

Втулка цилиндра дизеля 2Д100 конструктивно выполнена с учетом вышеизложенных требований и полностью унифицирована с втулкой цилиндра дизеля 1 ОД 100.

Втулки цилиндров двухтактных дизелей с прямоточно-щелевой продувкой

Рис. 10. Втулка цилиндра: 1 - адаптер индикаторного крана; 2, 3, 7, 12 - резиновые уплотиительные кольца; 4 - шпилька с конической резьбой; 5 - рубашка; 6 - форсуночный адаптер; 8 - выпускная коробка; 9 - пластинчатая замковая шайба; 10 - болт крепления выпускного коллектора; 11 - прокладка уплотнения выпускного коллектора; 13,14 - болт и шайба крепления выпускной коробки к блоку; Л - фланец с четырьмя отверстиями под шпильки крепления втулки к верхнему поперечному листу блока; Б, В, Г - поверхности, которыми втулка центрируется в блоке; Я - полость водяного охлаждения

и встречно-движущимися поршнями обладают существенным преимуществом перед втулками других двигателей, заключающимися в том, что такие втулки разгружены от осевых усилий. Втулка дизеля 2Д100 центрируется по трем поясам Б, В и Г в блоке и частью нижней наружной цилиндрической поверхности в выпускной коробке. От осевого перемещения она прикреплена (четырьмя шпильками) специальным фланцем к двум платикам, приваренным к горизонтальному листу блока (в верхнем картере), в котором центрируется пояс Б втулок.

Втулка цилиндров изготовлена из специального легированного чугуна (ГОСТ 7274-80). Химический состав

Продувочные и выпускные окна втулки цилиндра (разрезы)
Рис. 11. Продувочные и выпускные окна втулки цилиндра (разрезы см. рис. 10)

металла втулки в %: углерод 2,8-3,1; кремний 1,8-2,1; марганец 0,8-1,1; фосфор 0,1-0,15; сера не более 0,12; хром 0,3-0,55; никель 0,9-1,2; молибден 0,5-0,7; медь -0,3-0,4. Сумма углерода и кремния должна быть 4,7-5,1%, а сумма легирующих элементов - хром, никель, молибден и медь-не менее 2,4%.

Механические свойства металла отливок должны соответствовать установленным нормам: предел прочности отливок при изгибе 700 Н/см2 (70 кгс1 см2), стрела прогиба 1,4 мм, твердость НВ 202- 255. Внутренняя поверхность втулки обработана и доведена до высокой степени чистоты методом хонинго-вания и представляет собой зеркальную поверхность, поэтому часто эту поверхность называют «зеркалом» втулки цилиндра. Зеркало втулки упрочняют антифрикционными покрытиями для придания высокой степени прирабатываемости с поршневыми кольцами и юбкой поршня, придавая в целом высокую износостойкость цилиндропоршневой группе.

В средней своей части (область камеры сгорания) втулка усилена продольными ребрами, которые повышают ее жесткость и прочность, а также активно увеличивают охлаждающий эффект наиболее нагреваемой ее поверхности. На ребра втулки напрессована стальная рубашка, изготавливаемая из трубы, получаемой из катаной заготовки, которая обеспечивает предварительное сжатие втулки и работу совместно с ней на растяжение.

Между поверхностями рубашки и втулки образуется водяная полость с наиболее интенсивным охлаждением в средней части втулки. Такая конструкция благодаря своим высоким механическим свойствам повышает усталостную прочность в самом нагруженном ее сечении (область действия максимальных давленией сгорания и высоких температур). Втулка должна обеспечивать интенсивный отвод тепла, сохраняя нужную температуру (140- 160° С), создавая тем самым хорошие условия для смазывания и работы поршня и колец на всей длине хода поршня от н. м. т. до камеры сгорания.

Вода для охлаждения средней части втулки подводится по двум патрубкам с правой и левой сторон из заруба-шечного пространства выпускных коллекторов в зарубашечное пространство втулки цилиндра. В зоне продувочных окон температура понижается вследствие охлаждения продувочным воздухом, однако из-за возможного заброса газов из цилиндра в ресивер температура ее составляет 105-110 °С.

В средней части во втулке и рубашке имеются три отверстия, в которых установлены адаптеры (переходники) , уплотняемые по стыковым поверхностям с втулкой медными отожженными прокладками, а с поверхностями рубашки - резиновыми кольцами. Адаптеры предназначены для монтажа двух форсунок и одного индикаторного крана.

Для повышения усталостной прочности в условиях коррозии внутреннюю и наружную поверхности рубашки в средней части упрочняют накаткой. Отверстия в рубашке под установку адаптеров также накатываются. Накатка поверхности адаптерного отверстия и поверхностей внутреннего и наружного радиусов (# = 3 мм) производится роликами с усилиями 3,50-4,00 кН в один проход и 4,0-4,50 кН за 8-10 проходов соответственно.

Принцип работы двухтактного двигателя | Тепловоз ТЭ3 | Поршень, поршневые кольца и шатун