Файл: Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей..pdf

при рабочей температуре Для сплава ВЗК. Полученный запас прочности требует строгого контроля технологии изготовления клапанов и регулировки двигателя.

Как было отмечено, применение «плавающих» седел в крышке цилиндра может существенно повысить запас прочности в наплавке вследствие значительного снижения растягивающих или даже создания сжимающих напряжений в ней от действия радиального

На КТЗ была разработана и проверена на форсированных двигателях конструкция плавающего седла (рис. 129).* От выпа­ дания седло фиксировалось в крышке цилиндра с помощью сто­ порного пружинного кольца и имело некоторую свободу переме­ щений в радиальном направлении, что давало ему возможность свободно расширяться при нагреве и самоустанавливаться при посадке клапана.

ГИДРОТОЛКАТЕЛИ В КЛАПАННЫХ МЕХАНИЗМАХ

Уменьшение скорости посадки клапанов двигателей внутрен­ него сгорания положительно влияет на повышение долговечности пары клапан—посадочная фаска в крышке цилиндра. Величина скорости посадки зависит от величины зазора между клапаном и ударником рычага. Этот зазор, устанавливаемый с учетом тепловых расширений деталей всего клапанного механизма, для уменьшения скорости посадки должен быть минимальным и в то же время обеспечивать гарантированное закрытие клапана. Величина установленного на холодном двигателе зазора может значительно изменяться при работе от нагрева деталей, что не всегда допустимо. Кроме того, ударные нагрузки в клапанном механизме по мере его износа также будут возрастать, если не производить периоди­ ческой регулировки зазоров между клапаном и ударником рычага.

* Авторское свидетельство № 169943 от 30/ХІІ 1965 г. — «Бюллетень изо­ бретений и товарных знаков», 1965, № 7.

197

Одним из наиболее эффективных способов решения указанных проблем и повышения долговечности всех деталей клапанного механизма является использование гидротолкателей. Гидротол­ катели в турбопоршневых двигателях рассматриваемого класса особенно широко применяются в США. На двигателях КТЗ гидро­ толкатели также получили повсеместное распространение. Прин­ цип действия гидротолкателей основан на создании в зазоре между клапаном и рычагом (или между толкателем и кулачком) масляного слоя, толщина которого автоматически изменяется с изменением зазора (рис. 130, а).

Рис. 130. Гндротолкатели двигателей:

давления масла пружина 6 прижимает плунжер 5 к колпачку 1 клапана. При набегании ролика рычага на кулачок давление масла в полости Р резко возрастает, при этом шариковый клапан почти мгновенно закрывается при некотором перемещении плун­ жера. Таким образом, между рычагом и клапаном образуется замыкающая связь. Масло из полости Р частично выжимается через зазор между втулкой и плунжером 5.

При удлинении клапана от нагревания зазор А между торцом плунжера и донышком втулки 4 уменьшается, объем полости Р также уменьшается, но связь клапана с рычагом не нарушается. Такая связь не нарушается и при увеличении зазора А, так как избыточный объем полости Р будет заполняться маслом из маги­ страли дизеля.

198

После закрытия клапана давление в полости Р станет равным давлению масла, поступающего в гидротолкатель. Пружина 6 снова раздвинет плунжер 5 и втулку 4 на максимально допустимую величину. Масло из магистрали дизеля поступит в полость Р через клапан 8, компенсируя утечки масла, происшедшие во время открытия клапана через зазор.

Гидротолкатель дизеля ЧН 26/26 не является регулируемым, так как установка зазора А для каждого клапана должна про­ изводиться индивидуально подбором, например высоты колпачка клапана.

Шарик клапана 8 при закрытии канала во втулке 4 подбрасы­ вается к седлу потоком масла из полости Р, в результате чего увеличиваются время закрытия клапана 5 и перемещение плун­ жера 5, что несколько уменьшает полезный ход клапана двига­ теля. Вследствие того, что полость Р имеет относительно большой объем, создается возможность попадания в эту полость воздуха вместе с маслом.

На рис. 130, б приведен общий вид несколько более сложного регулируемого гидротолкателя, у которого объем полости Р сведен к минимуму. Зазор А устанавливают винтом 9 до заполне­ ния полости Р маслом. Принцип действия этого гидротолкателя такой же, как у гидротолкателя, показанного на рис. 130, а.

При конструировании гидротолкателя такого же типа, как гидротолкатель двигателя ЧН 26/26, следует обратить внимание на жесткость находящейся в нем пружины. Надо обеспечить максимально возможный запас усилий в этой пружине (при достаточно умеренных напряжениях) по сравнению с силами, действующими на корпус гидротолкателя от давления подводи­ мого к нему масла. В противном случае под действием этого давле­ ния возможно выползание наружного корпуса гидротолкателя из рычага при закрывании клапана. При последующем ходе открытия быстрая посадка корпуса в рычаг может привести к резкому повышению давления масла в системе подвода (до нескольких десятков атмосфер).

При внедрении гидротолкателей в клапанном механизме про­ фили кулачков необходимо изменить. Если в механизмах с жестким толкателем кулачки обычно выполняют с участками «корриги­ рованного» профиля, предназначенного для уменьшения ударов и уменьшения посадочной скорости клапана, то при применении гидротолкателя необходимость в участке корригирования на подъеме кулачка отпадает.

Экспериментальные данные показывают, что шариковый кла­ пан гидротолкателя закрывается почти мгновенно, а это при наличии корригированного участка подъема вызывает прежде­

объясняется значительной продолжительностью участка корри­ гирования (20—30° по углу поворота распределительного вала)

199

и незначительным подъемом клапана на этом участке («Л мм), что вызывает большие скорости выпускных газов при высокой температуре и давлении их.

При проектировании клапанного механизма с гидротолкателем необходимо оценить величину относительного смещения плунжера гидротолкателя из-за выдавливания масла из рабочей полости через зазор (см. рис. 130, о). По величине этого смещения можно судить о влиянии гидротолкателя на процессы впуска и выпуска двигателя, а также подобрать установочный зазор А.

Рис. 131. Осциллограммы испытаний гидротолкателей:

При расчете гидротолкателей следует условно принимать, что масло, подаваемое в рабочую полость гндротолкателя, несжимаемо. Силы, противодействующие открытию клапана (давление газов, силы инерции и усилие клапанной пружины), передаются от клапанного механизма к рычагу через плунжер гидротолкателя. Передаточной средой между плунжером и рычагом служит масля­ ный слой. Усилие на клапан создает в масляном слое давление, которым определяются утечки через зазор.

Эти утечки определяются по формуле объемного расхода масла

р 2 = 0 — атмосферное давление; 6 — плотность масла.

200

Объемному расходу соответствует уменьшение объема масля­ ного слоя за единицу времени. Скорость смещения плунжера

Из формул (49) и (50) следует, что скорость относительного перемещения плунжера — линейная функция передаваемого уси­ лия: скорость относительного перемещения пропорциональна кубу относительного зазора ф.

Имея диаграмму сил, передаваемых через гидротолкатель в зависимости от времени, и задавшись величиной ф, можно определить величину относительного смещения плунжера

(51)

Обычно диаграмма сил задается по углу поворота распреде­ лительного вала. Тогда в уравнении (51) следует заменить пере­ менные и пределы интегрирования:

2 0 1