содержание   ..  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

5. Поршень, поршневые кольца и шатун дизеля 2Д100 тепловоза ТЭ3



Поршень дизеля 2Д100 тепловоза ТЭ3


Поршень непосредственно воспринимает нагрузку от газов, образующихся в цилиндре при сгорании топлива, и передает это усилие через шатун на коленчатый вал. В двухтактных двигателях особенно с прямоточно-щелевой продувкой создание герметичного уплотнения картера решается сложно. Конструкция бесшпилечного поршня (рис. 12) лучше обеспечивает герметизацию картера, чем поршень с бобышками.

Поскольку у двухтактных дизелей усилия, действующие на поршень, все время направлены к н. м. т., силы инерции не вызывают напряжений растяжения в шатуне и его болтах, а следовательно, применение
чугунных (более тяжелых) поршней, увеличивающих силы инерции, не вызывает необходимости усиления шатуна и его деталей.

В верхней части поршня установлены четыре уплотнительных кольца. Два уплотнительных кольца 12 хромированные из высокопрочного чугуна. Два других уплотнительных (компрессионных) кольца 17 выполнены с запрессованными в них бронзовыми вставками для прирабатываемости колец к зеркалу втулки. В нижней части поршня расположены три маслосрезывающих кольца 2 и 3. Маслосрезывающие кольца так же, как и компрессионные 17, выполнены из специального чугуна и покрыты оловом для улучшения приработки их к зеркалу втулки.

Для понижения тепловой напряженности поршневой группы поршень и пояс уплотнительных колец в области головки поршня охлаждаются маслом. Масло подается по каналам в стержень шатуна и через ползушку, которая уплотняет сочленение поршень —верхняя головка шатуна, попадает в полость между головкой поршня и верхней плитой вставки. Омывая внутреннюю поверхность головки поршня, масло охлаждает его. Масло выходит из поршня через отверстия в плите и во вставке, попадая в масляный картер по каналу К. Из верхнего поршня масло выбрасывается инерционными силами через сливной канал. Верхняя часть поршня (головка) имеет жаростойкое хромовое покрытие.

Верхний и нижний поршни конструктивно одинаковы, но не взаимозаменяемы, так как они по форме днища (камеры сгорания) симметричны, а по юбке верхний не имеет приливов («бороды»). Верхние опорные плиты и вставки верхних и нижних поршней также не взаимозаменяемы из-за зеркального расположения пазов для слива охлаждающего масла.

Поршень, перемещаясь со средней скоростью 7,2 м/с и передавая на шатун усилие около 300 кН (30 тс), должен в то же время обеспечивать такую герметизацию, при которой выпускные газы и воздух при его сжатии в цилиндре не попадали бы в картер дизеля. Герметизация обеспечивается, с одной стороны, точным зазором Между юбкой поршня и втулкой цилиндра, а с другой—поршневыми компрессионными кольцами (в двухтактном двигателе со щелевой продувкой в значительной степени также и маслосрезывающими кольцами). Во время работы поршень испытывает высокие механические нагрузки от давления газов и сил инерции, а также тепловую нагрузку от соприкосновения с горячими газами при совершении каждого оборота коленчатого вала.

Металл для отливки поршней соответствует требованиям специальных технических условий и следующему химическому составу в %: углерод

2,9—3,1; кремний 1,6—2,0; марганец 0,9—1,2; хром 0,25—0,35; никель 0,7— 0,9; молибден 0,2—0,3; фосфор 0,1; сера  0,1.

Камера сгорания поршня имеет чечевичную форму. Ребрами на внутренней поверхности донышка поршень опирается на вставку. Опорные ребра выполнены в виде двух незамкнутых
колец для прохода масла, охлаждающего днище поршня. По геометрической форме образующей поршень выполнен идентично поршням шпилечной конструкции, устанавливаемых ранее на дизелях (вариант ЗА). Расположение компрессионных и маслосрезывающих колец соответствует поршню варианта ЗА.
 

Рис. 12. Поршень бесшпилечный:
1 — поршень; 2,3 — маслосрезывающие поршневые кольца; 4 — стопорное кольцо; 5 — нижняя плита, 6, 16— регулировочные прокладки; 7 — втулка; 8— поршневой палец, 9 — ползушка; 10 — пружина, 11—вставка, 12—уплотнительные (компрессионные) хромированные кольца, 13—верхняя плита, 14 — винт; 15 — штифт; 17 — уплотнительные (компрессионные) кольца с бронзовой вставкой, 18 — болт; К — канал для слива масла из полости охлаждения головки поршня

Поверхность юбки поршня покрыта тонким слоем (0,03—0,05 мм) кадмия иди олова для прирабатываемости ее к втулке. Антифрикционный слой не допускает задирообразования при длительной работе. Юбка поршня выполнена удлиненной, так как, находясь в в. м. т., поршень должен закрывать выпускные окна и иметь большую устойчивость от опрокидывания относительно поршневого пальца.

Чугунная вставка 11 в сборе с плитами 5 к 13 к прокладками установлена в поршень и зафиксирована стопорным кольцом 4. Верхняя опорная плита крепится к вставке двумя винтами 14 и имеет запрессованный ступенчатый штифт 15, который фиксирует поршень, плиту 13 и вставку 11 так, чтобы масляные каналы в плите и вставке совпадали, а также определяет положение поршня в цилиндре относительно форсунок. Под верхней плитой установлены прокладки 16 для регулировки линейной величины камеры сжатия. Расстояние между поршнями, находящимися в цилиндре в собранном состоянии с шатунами (в наиболее сближенном положении), называется линейной величиной камеры сжатия. Эта величина играет важную роль в рабочем процессе двигателя, поэтому ее установку и проверку следует проводить тщательно. Нормально линейная величина камеры сжатия 4,4—4,8 мм.

В верхней части внутри вставки установлена ползушка 9, которая пружиной 10 прижимается к сферической поверхности верхней головки шатуна. К нижней части вставки двумя болтами 18 крепится нижняя плита 5, под которой установлены прокладки 6 для регулировки зазора между плитой 5 и стопорным кольцом 4.

Для правильной сборки поршней на плитах и вставках клеймят буквы В (для деталей верхнего поршня) и Н (для деталей нижнего поршня).
В двухтактных двигателях поршень выполняет функции газораспределения. Положение верхнего кольца на нем определяет фазы распределения, поэтому верхнее рабочее кольцо двухтактного двигателя поставлено в тяжелые условия, так как оно испытывает большую тепловую напряженность из-за высокой температуры газов в момент начала открытия поршнем продувочных и выпускных окон. Особенно в тяжелых условиях находится нижний выпускной поршень, который омывается все время горячими газами, в то время как верхний, так называемый «продувочный», периодически в момент открытия продувочных окон охлаждается воздухом.

Температура и другие параметры, при которых протекает рабочий процесс, определяют нагрев головки поршня и верхних поршневых колец, а следовательно, и их работоспособность. Рациональная форма днища поршня должна способствовать хорошему смесеобразованию и сгоранию.

Работоспособность (надежность) поршневой группы зависит от многих факторов. В частности, от эффек: тивности способов отвода тепла от днища поршня и создания благоприятных условий для работы поршневых колец. Через поршень может отводиться до 7—8% тепла, вводимого с топливом в цилиндр двигателя. Очень важен подбор соответствующих антифрикционных качеств трущейся пары: поршень — кольцо с одной стороны зеркало — втулки цилиндров с другой, и хорошие условия их прирабатываемости с третьей. Надежность поршневой группы зависит от геометрических размеров поршня, конусности его головки, формы юбки поршня (правильный выбор зазоров между втулкой и юбкой поршня, допускающих тепловое расширение поршня). Отсутствие эллиптичности, конусности и граненности зеркала втулки цилиндра, обеспечение хорошего прилегания к зеркалу втулки поршневых колец способствуют хорошей их приработке и устраняют прорыв газа в картер. Нельзя забывать и о качестве материалов, применяемых для изготовления поршней и колец и их способности выдерживать длительную динамическую и статическую нагрузки

при повышенной температуре без накопления остаточных деформаций, теплопроводности, коэффициента линейного расширения, механических свойств и др.

содержание   ..  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..