ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 85
Скачиваний: 0
ным рядным расположением цилиндров и с V-образным, при котором вертикальная плоскость симметрии блоков проходит через ось коленчатого вала. Угол между блоками может быть 40, 60 или 90°. Принципиально не существует ограничений для применения какой-либо из этих схем. На тракторах разных классов тяги п назначения устанавливают двигатели обеих схем. В СССР на универсально-пропашных тракторах тягового класса 0,6—1,2 тс в настоящее время используют только рядные двигатели. На пахотных тракторах класса 3,0 тс применяют рядные или V-образпые двигатели. Промышленные тракторы класса 6 (10) тс имеют рядные двигатели, а на тракторах классов 15, 25 и 35 тс устанавливают V-образные двигатели.
Четырехцилиндровые рядные двигатели, несмотря на не уравновешенные силы инерции 2-го порядка, могут выполняться без уравновешивающего механизма при диаметрах цилиндров до ПО мм и частотах вращения до 2200 об/мии. Шестицилиндро вые рядные двигатели полностью уравновешены и имеют равно мерное чередование рабочих ходов. Их недостатком является относительно большая длина двигателя, что неблагоприятно сказывается на жесткости картера и коленчатого вала, а в не которых случаях требует применения демпфера для гашения крутильных колебаний. Однако благодаря упомянутым преиму ществам рядное расположение цилиндров получило широкое распространение.
Пятицилнндровые рядные двигатели получили некоторое рас пространение за рубежом (например, во Франции —двигатель «Берлие»). Целесообразность создания таких двигателей может быть объяснена возможностью обеспечения требуемой мощ ности наименьшим необходимым числом цилиндров, т. е. в тех случаях, когда четырех цилиндров недостаточно, а шесть ци линдров создают излишний запас мощности, усложняют кон струкцию и увеличивают массу и пр. Однако наряду с неко торыми преимуществами при применении пятицилиндровых двигателей имеются и недостатки, свойственные такой схеме, заключающиеся в наличии неуравновешенных моментов сил инерции 1 и 2-го порядков и в сложности изготовления колен чатого вала с углом между кривошипами, равным 72°.
В зависимости от величины угла между блоками, располо жения кривошипов и числа цилиндров V-образные схемы имеют различную уравновешенность сил инерции и их моментов.
Приведем общие характеристики V-образиых схем.
Четырехцилиндровые схемы. Анализ показывает, что при различных углах между блоками, формах коленчатого вала и расположения кривошипов и шатунов четырехцплипдровые V-образные двигатели имеют сложный вал, обеспечивая равно мерное чередование рабочих ходов, или же имеют неравномер ное чередование рабочих ходов при простом «плоском» вале. Однако во всех случаях требуется механизм, уравновешиваю-
8
щий силы и моменты сил инерции. Поэтому создание таких двигателей целесообразно только в случаях, когда они войдут в семейство V-образных унифицированных двигателей, будут унифицированными моделями с водяным и воздушным охлаж дением или будут иметь малый диаметр цилиндров (80—90 мм) и относительно небольшую частоту вращения для такой раз мерности (до 2500 об/мин).
Шестицилиндровые схемы. При угле между блоками 90°,
трехколенном вале с углом между кривошипами 120° и их попарном расположении имеют место: неравномерное чередо вание рабочих ходов и неуравновешенные моменты силы инер ции 2-го порядка i.
При схеме, описанной выше, но с углом между блоками, равным 60°, наблюдаются неравномерное чередование рабочих ходов и неуравновешенные моменты сил инерции 1 и 2-го по рядков.
Схема, подобная двум первым, но с углом между блоками 120°, имеет неуравновешенные моменты сил инерции 1 и 2-го порядков и неравномерное чередование рабочих ходов.
При одинаковых углах между блоками и кривошипами, равных 60°, наблюдаются равномерное чередование рабочих ходов и неуравновешенный момент силы инерции 2-го порядка.
При угле между блоками 90°, угле между кривошипами каждого блока 120° и угле сдвига кривошипов разных блоков 90° наблюдаются равномерное чередование рабочих ходов и неуравновешенные моменты сил инерции 1 и 2-го порядков.
Восьмицилиндровые схемы. Схемы с углом между блоками 60 или 90°. с плоским валом и попарным расположением шату нов имеют неуравновешенные силы инерции 2-го порядка, от личаясь тем, что при угле 60° чередование рабочих ходов равномерное, а при угле 90° — неравномерное.
При одинаковых углах между блоками и кривошипами, равных 90° («крестообразный» вал с попарным расположением шатунов), чередование рабочих ходов равномерное и неуравно вешенные силы инерции и их моменты отсутствуют.
Гакп.м образом, из всех V-образных схем наиболее благо приятной по динамическим качествам является восьмпцнлиндроиая схема с углом между блоками и кривошипами, равным 90°. Однако в тех случаях, когда требуется использование всех преимуществ V-образиой схемы, а потребная мощность может быть обеспечена шестью цилиндрами, вполне допустимо созда ние модели 6V-90, составляющей семейство с моделью 8V-90. При этом упомянутые недостатки схемы 6V-90 требуют утяже
ления |
маховика двигателя, применения упругих, |
элементов и |
|
1 Во |
асс.х рассматриваемых схемах принимается, что к |
неуравновешен |
|
ным моментам сил инерции относятся только такие, которые требуют |
введе |
||
ния специальных механизмов. Все силы и моменты, уравновешиваемые |
проти |
||
вовесами на коленчатом валу, не упоминаются. |
|
|
|
гасителей крутильных колебаний в муфте сцепления и подбора амортизаторов подвески двигателя. Необходимость введения в
конструкцию уравновешивающего механизма определяется ве личинами моментов сил инерции 1 и 2-го порядков, зависящими от диаметра цилиндра и частоты вращения.
Среднее эффективное давление. Среднее эффективное дав ление ре тракторных двигателей, работающих без наддува, за
период 1949—1970 |
гг. увеличилось в СССР с 5,4 до 6,0 |
кгс/см2 |
|
и |
практически не |
изменилось в США, находясь на |
уровне |
6,0 |
кгс/см2. |
|
|
Применение наддува позволило повысить среднее эффектив ное давление, и уже в 1949 г. у двигателей США оно составляло в среднем 6,6 кгс/см2, а в 1970 г. — 9,2 кгс/см2. При этом отдельные модели, в которых применено охлаждение воздуха после компрессора, имеют д,,= П-У-12 кгс/см2 («Катерпиллер», «Аллпс-Чалмерс», «11нтерпейшнл»).
Существенно изменился взгляд иа применение наддува. Если прежде он применялся лишь как средство форсирования базо вой модели, то теперь созданы базовые модели, работающие только с наддувом. Так, например, из всех моделей фирмы Катерпиллер только одна не имеет наддува. Это объясняется тем, что наддув является не только средством форсирования двигателя, но и способом, позволяющим улучшить экономич ность в области больших нагрузок, расширить диапазон эко номичной работы и снизить «жесткость», т. е. нарастание дав ления при сгорании, приходящееся на 1° поворота коленчатого вала. В СССР началом применения наддува в тракторных дви гателях можно считать 1965 г. В то время среднее эффектив
ное |
давление |
двигателей с |
наддувом |
составляло |
7,2 |
кгс/см2, |
а в 1970 г. — 7,6 кгс/см2. |
|
|
|
|
||
На рис. 2 показано изменение по годам среднего эффектив |
||||||
ного |
давления |
тракторных |
дизелей. |
Изменение |
ре, |
начиная |
с1970 г., показано в предположении сохранения прежнего темпа роста ре двигателей США и реально возможного роста ре дви гателей СССР.
Тракторные дизели с воздушным охлаждением имеют на 10—15% меньшие средние эффективные давления в сравнении
сдизелями жидкостного охлаждения. Это особенно заметно по мере увеличения диаметра цилиндра и может быть объяснено трудностью организации охлаждения головки, обеспечивающего допустимую температуру перемычки между клапанами и прием лемую неравномерность температурного поля, а также слож ностью герметизации газового стыка.
Диаметр цилиндра и ход поршня. Современные тракторные
двигатели имеют цилиндры, диаметры которых находятся в диапазоне 75—159 мм, что объясняется широкой гаммой мощ ностей, необходимых для тракторов всех классов тяги от 0,2 до 35 тс. Однако весь указанный диапазон диаметров цилиндров
10
соответствует только двигателям, имеющим жидкостное охлаж дение. Для двигателей с воздушным охлаждением, находя щихся на производстве, максимальный диаметр цилиндра равен 120 мм, и только опытные образцы имеют больший диаметр. В СССР тракторные дизели имеют диаметры цилиндров 105—
150 мм.
Исходя из конструкций существующих тракторных дизелей, можно сделать ориентировочные обобщения. Мощность дизеля
до 30 л. с. может быть полу |
|
|
|
|
|
|
||||||
чена при двух-трех цилиндрах |
|
|
|
|
|
|
||||||
диаметром |
75—105 |
мм |
и |
|
|
|
|
|
|
|||
частоте |
вращения |
2800— |
|
|
|
|
|
|
||||
2200 об/мин. В диапазоне 50— |
|
|
|
|
|
|
||||||
120 |
л. с. |
мощность |
дизеля |
|
|
|
|
|
|
|||
обеспечивается четырьмя-ше |
|
|
|
|
|
|
||||||
стью |
цилиндрами |
диаметром |
|
|
|
|
|
|
||||
90—ПО мм при частоте вра |
|
|
|
|
|
|
||||||
щения 2200—2400 об/мин. Для |
|
|
|
|
|
|
||||||
получения |
мощности |
150— |
Рис. 2. Изменение среднего эффектив |
|||||||||
200 л. с., |
как |
правило, |
тре |
ного давления |
тракторных |
дизелей |
||||||
буется шесть-восемь |
цилинд |
|
СССР п США: |
2 — двигатели |
||||||||
ров диаметром 120—130 мм и |
У— двигатели без |
наддува; |
||||||||||
с наддувом; |
---------- среднее |
эффективное |
||||||||||
частота |
вращения |
2200— |
— — среднее |
эффективное |
давление трак |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
давление |
тракторных |
дизелей |
СССР; |
||
2400 об/мин. |
С |
повышением |
торных |
днзелеП США |
|
|||||||
мощности |
до |
250—300 |
л. с. |
|
|
|
|
|
|
|||
может быть сохранен диаметр цилиндра 130 мм, но число цилиндров при этом должно быть увеличено до восьми-двенадцати. Повышение мощности свыше 300 л. с. не позволяет сохранить указанный диаметр цилиндра без увеличения числа цилиндров свыше двенадцати, что представляется менее рациональным, чем увеличение диаметра цилиндра, например, до 150 мм. Од нако это влечет за собой необходимость уменьшения частоты вращения .до 1800—1900 об/мин, и для получения высокой лит ровой мощности требуется увеличение среднего эффективного давления. Приведенные выше ориентировочные величины могут изменяться в зависимости от конструктивной схемы, степени уравновешенности, конструкции деталей, числа клапанов, при меняемых материалов и пр.
За последние годы наблюдается тенденция к уменьшению отношения хода поршня к диаметру цилиндра. Главные преиму щества при уменьшении отношения S/D: возможность получения более жесткой конструкции двигателя, особенно коленчатого вала; уменьшение массы и габарита (только V-образных моде лей) и средней скорости поршня. Вместе с тем чем меньше значение S/D, тем труднее организовать рабочий процесс с теми же показателями, что и при большом отношении S/D, и тем жестче требования к производству некоторых деталей. Вслед ствие этого большинство тракторных дизелей имело отношение
11