Файл: Силовые установки и промысловые механизмы маломерных судов рыбной промышленности (с двигателями до 100 л. с.) учеб. пособие.pdf

Исходя из этого, конструкция поршня должна быть довольно жесткой и прочной, а материал, из которого он изготовлен, обладать достаточной теплопроводностью, обеспечивающей интенсивный отвод тепла, чтобы был исключен перегрев и возможность заклинивания.

При возвратно-поступательном движении поршня возникают силы инерции, которые создают дополнитель­ ные усилия на поршневой палец, шатун и коленчатый вал. Силы инерции при движении поршня тем больше, чем больше его масса и частота вращения коленчатого вала двигателя. Для уменьшения сил инерции вес порш­ ня должен быть как можно меньше.

Конструкция поршня зависит от материала и способа изготовления, от типа двигателя, его мощности и быстро­ ходности. Так, у тронковых двигателей (в отличие от крейцкопфных) поршень передает боковые усилия на цилиндровую втулку. Боковые усилия от давления газов на поршень возникают в тот момент, когда шатун распо­ ложен под углом к вертикальной оси. У крейцкопфных двигателей поршень от боковых усилий разгружен, так как их воспринимает ползун (или крейцкопф), который движется в направляющих. Поэтому поршень тронкового двигателя изготавливают большей длины за счет уд­ линенной направляющей части, которая называется тронком, или юбкой. Двигатели малой мощности из­ готавливаются тронковыми, а поршни их цельными, неохлаждаемыми. Основная доля тепла, воспринимаемая днищем неохлаждаемого поршня от горячих газов, отво­ дится от него через кольца и стенки цилиндровой втулки в охлаждающую воду. Поршни мощных и форсирован­ ных двигателей имеют полости для охлаждения их водой или маслом.

Верхняя часть поршня с днищем называется голов­ кой. Днище поршня — наиболее ответственная часть, оно должно быть особенно прочным, так как подвержено действию газа с высокими температурой и давлением. Конфигурация днища поршня, обращенного к камере сгорания, зависит от способа смесеобразования, тактности двигателя, способов продувки, конструктивных осо­ бенностей газораспределения.и т.д. Днище поршня кар­ бюраторных двигателей в большинстве случаев плоское.

Головка поршня при работе двигателя нагревается - сильнее, чем юбка. Чтобы избежать заклинивания порш-

ня в цилиндре при нагревании, диаметр головки делает­ ся несколько меньше, чем диаметр юбки. В средней ча-

. сти юбки поршня на внутренней поверхности изготовля­

колько канавок на наружной поверхности поршня в верх­ ней части. Верхние канавки служат для компрессионных колец, а нижние для маслосъемных. Канавки для маслосъемных колец расположены одна выше, а другая ниже поршневого пальца. По периметру канавок маслосъем­ ных колец просверливают несколько сквозных отверстий, по которым масло, снятое с зеркала цилиндровой втулки, отводится внутрь поршня, а затем стекает в картер.

Для изготовления поршней широко используют чу­ гун и алюминиевые сплавы, а в некоторых случаях для форсированных двигателей — углеродистую или легиро­ ванную сталь.

84

Конструкция поршня быстроходного Четырехтактного Дизеля 64 15/18 (ЗДб) показана на рис. 35. Поршень из­ готовлен из алюминиевого сплава АК-4 горячей штам­ повкой. В днище его со стороны камеры сгорания сдела­ на фигурная выемка 1, обеспечивающая эффективное смесеобразование и сгорание топлива, с внутренней сто­ роны имеются ребра 13, которые служат для лучшего охлаждения и повышения прочности. Снаружи на кром­ ках днища поршня выфрезеровано четыре плоских уг­ лубления 2, в которые входят тарелки клапанов при на­ хождении поршня вблизи в. м. т.

В нижней части бобышек 7 просверлено по два сквоз­ ных отверстия 8, через которые поступает масло на смаз­ ку пальца 4 при разбрызгивании его из картера. На на­ ружной поверхности поршня проточено пять канавок под поршневые кольца 9 и 10. Снаружи поршня со сто­ роны бобышек выфрезеровано четыре углубления 5 с целью уменьшения массы поршня. В них имеется по од­ ному сквозному отверстию 6 для стока попавшего мас­ ла. Под канавками маслосъемных колец (4-й и 5-й, счи­

в кромке, имеется выемка для прохода пускового возду­ ха при положении поршня в в. м. т. Поршневой палец от осевого перемещения стопорится бобышками 3 из алю­ миниевого сплава.

Поршневые кольца

Поршневые кольца служат для создания уплотнения между поршнем и цилиндровой втулкой, предотвраще­ ния прорыва газа в картер при работе двигателя и воз­ духа при пуске и попадания масла в камеру сгорания, а также для отвода тепла от поршня через стенки цилин­ дровой втулки в охлаждающую воду. Поршневые коль­ ца изготавливают из высококачественного мелкозерни­ стого чугуна с повышенным содержанием фосфора, а иногда из чугуна с добавками хрома (до 0,3%) и никеля (до 1%)- Фосфор повышает антифрикционные свойства колец. Поршневые кольца должны обладать определен­ ной упругостью и твердостью, несколько превышающей твердость цилиндровой втулки.

85

Д ля плотного прижимания к цилиндровой втулке кольца изготовляют пружинящими. Для этой цели коль­ цо делается разрезным: диаметр его в,свободном состо­ янии больше, чем диаметр цилиндровой втулки. При

Рис. 36. Поршневые кольца:

а — маслосъемное, б — компрессионное.

Ж LZZ1

о

Рис. 37. Замки поршневых колец:

а — косой, С — косой со стопором, в — прямой, г — ступенча­ тый.

установке в цилиндр кольцо должно плотно прижимать­ ся к стенкам, а в разрезе должен быть необходимый за­ зор, позволяющий кольцу удлиняться при нагревании. При работе двигателя кольца плотно прижимаются к стенкам втулки не только за счет их упругости, но также и за счет давления газа.

Поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные (рис. 36). Компрессионные кольца рабо­ тают в очень тяжелых условиях. Особенно сильно под­ вергаются действию газа с высокими температурой и давлением верхние два кольца, они и изнашиваются быстрее остальных. Поверхность верхних колец покры­ вают пористым хромом, который впитывает масло, поэ­ тому улучшается смазка и уменьшается износ как коль­ ца, так и верхней части цилиндровой втулки. Разрез в

86

кольце называется замком, они бывают прямые, косые, ступенчатые или внахлест (рис. 37). В быстроходных двигателях чаще применяют прямые и косые замки. Кольца устанавливают в канавки так, чтобы они могли свободно проворачиваться, без фиксирования. Замки колец при этом разводятся по отношению один к друго­ му на 90 или 120°.

При выборе количества компрессионных колец учи­ тывают не столько условия обеспечения хорошей герме­ тичности, сколько условия обеспечения интенсивного от­ вода тепла от поршня, чтобы температура его днища не превышала допустимой величины. В выполненных конструкциях судовых двигателей число компрессион­ ных колец изменяется от трех (у быстроходных) до ше­ сти (у тихоходных) двигателей. Герметичность уплот­ нения с помощью компрессионных колец во многом зависит от качества их приработки и длительности со­ хранения подвижности колец в канавках. При потере подвижности в случае пригорания нормальная работа поршневого кольца прекращается.

Формы сечений поршневых компрессионных и маслосъемных колец показаны на рис. 38. При движении пор­ шня вниз кольцо прижимается к верхней стенке порш­ невой канавки, а в зазор между кольцом и нижней стен­ кой заходит масло, соскабливаемое кромкой кольца с поверхности зеркала цилиндра. При движении поршня вверх кольцо прижимается к нижней стенке поршневой канавки, вытесняя из зазора масло вверх, в сторону ка­ меры сгорания. В результате этого происходит перека­ чивание масла, снимаемого поршневыми компрессион­ ными кольцами, в камеру сгорания. При небольших за­ зорах между кольцами и стенками канавок количество перекачиваемого масла незначительно, но с увеличени­ ем износов канавок и колец «насосные» действия ком­ прессионных колец возрастают. Схема работы компрес­ сионных колец показана на рис. 39.

Маслосъемные кольца устанавливают в нижней час­ ти тройка поршня. Количество их в зависимости от типа двигателя изменяется от 1 до 3. В быстроходных двига­ телях на цилиндровую втулку попадает значительное количество масла, разбрызгиваемого из торцов мотылевых подшипников при вращении коленчатого вала, по­ этому с целью предотвращения попадания масла в ка-

87

меру сгорания и образования нагаров на поршне кроме двух маслосъемных колец внизу тройка устанавливают еще одно под поршневым пальцем (снизу компрессион­ ных).

- Конические маслосъемные кольца (со скосом) рабо­ тают аналогично скребку (рнс. 40, а). При движении поршня 3 вверх конусная часть кольца 2 набегает на слой масла и сжимается. При движении поршня вниз кольцо под действием сил упругости прижимается к стенкам цилиндровой втулки 1 и острой кромкой со­ скребает вниз масло, которое отводится через сквозные отверстия 4 в поршне снова в картер двигателя.

88

Маслосъемное кольцо с двумя поясками работает следующим образом (рис. 40,6). Масло с зеркала ци­ линдра таким кольцом снимается как при движении по­ ршня вверх, так и при движении поршня вниз. При дви­ жении поршня вверх работает только верхний поясок 1, который соскребает масло со стенок и через сквозное от-

Рис. 40. Схема работы маслосъемных колец:

а — со скосом, б — с двумя поясками.

верстие 4 в поршне направляет его в картер. При движе­ нии поршня вниз работают и нижний и верхний поясок. Нижний поясок 3 соскребает масло со стенок и направляет его в картер, а верхний поясок при этом удаляет только то масло, которое пропустит нижний поясок в полость 2. Собранное масло через отверстия 4 и 5 отводится в картер.

Износ поршневых колец во многом зависит от усло­ вий эксплуатации и от качества и чистоты смазочного масла.

Поршневые пальцы

Поршневой палец (рис. 41) служит для соединения по­ ршня с шатуном и передачи усилий от давления газов, действующих на поршень, через шатун • на коленчатый вал. Поршневой палец вставлен в отверстия бобышек поршня и верхней головки шатуна, он обеспечивает их шарнирное соединение. Крепление поршневого пальца в

89

бобышках поршня может быть и неподвижным, с помо­ щью стопорного болта и шпонки. Стопорный болт удер­ живает палец от осевого перемещения, а шпонка — от проворачивания (рис. 41, е). Такой способ крепления пре­ дохраняет отверстия бобышек от износа, но приводит к односторонней выработке поршневого пальца втулкой верхней головки шатуна.

Рис. 41. Поршневые пал

Наиболее целесообразным способом шарнирного со­ единения поршня с шатуном является применение так называемого плавающего пальца. Он может свободно проворачиваться как в отверстиях бобышек поршня, так и во втулке верхней головки шатуна, в результате чего обеспечивается равномерный износ пальца и увеличива­ ется срок его службы.

Для предотвращения осевого перемещения пальца и образования в связи с этим надиров на зеркале цилинд­ ра поршневой палец фиксируется заглушками из мяг­ ких металлов (алюминий, бронза) или стопорными пру­ жинящими кольцами, которые вставляют в выфрезерованные канавки в отверстиях бобышек. На рис. 41, а, б, в показано плавающее крепление поршневого пальца с по­ мощью заглушек или грибков, а на рис. 41, г, д — с помо­ щью стопорных пружинящих колец.

90

Поршневой палец часто изготавливают пустотелым, материал для него выбирают, исходя из условий работы, он должен обладать высокой прочностью, вязкостью и поверхностной твердостью. Такими материалами явля­ ются высококачественные малоуглеродистые и легиро­ ванные стали. Необходимая поверхностная твердость пальцев достигается цементацией, закаливанием или азотированием. Иногда рабочую поверхность пальцев хромируют.

При сборке поршневой группы с поршнем, изготов­ ленным из алюминиевого сплава, необходимо помнить, что вследствие разницы в коэффициентах линейного рас­ ширения палец в поршень вставляется с натягом. При работе двигателя поршень нагревается, в результате че­ го в бобышках устанавливается необходимый зазор, обеспечивающий свободное перемещение поршневого пальца. Установка или выемка поршневого пальца про­ изводится при нагревании поршня в масляной ванне или электрогрелкой до температуры, обеспечивающей воз­ можность выполнения этих операций (90—120°С).

Поршневой палец после изготовления имеет вязкую сердцевину и очень твердую поверхность, в результате чего обеспечивается его высокая прочность и износоус­ тойчивость.

Шатуны

Шатун служит для соединения поршня с шейкой кри­ вошипа коленчатого вала и передачи усилий от давле­ ния газов, действующих на поршень, на коленчатый вал. Конструкция шатуна должна быть прочной и жесткой, чтобы противостоять силам, вызывающим его изгиб, сжатие и растяжение. Шатуны изготовляют из высоко­ качественных углеродистых или легированных сталей поковкой или штамповкой с последующей механической и термической обработкой.

Конструкция шатуна быстроходного дизеля 64 15/18 (ЗД6) показана на рис. 42. Шатун состоит из следую­ щих основных элементов: верхней или поршневой голов­ ки 4, стержня шатуна 5, нижней, или мотылевой, голов­ ки 6.

Верхняя головка шатуна своим отверстием соединя­ ется с поршневым пальцем.; Для уменьшения трения в

91