Коленчатые валы дизеля д49
Глава 1 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И УСТРОЙСТВО МОЩНОСТНОГО РЯДА ДИЗЕЛЕЙ ТИПА Д49
1. Общая характеристика и параметры дизелей Д49
Мощностной ряд четырехтактных дизелей типа Д49 (ЧН 26/26) включает восьми-, двенадцати-, шестнадцати- и двадцатицилиндровые модификации дизелей мощностью от 585 до 4410 кВт. Дизели этого ряда предназначены для применения на магистральных и маневровых тепловозах, передвижных электростанциях, на стационарных буровых и судовых установках. Мощностной ряд дизелей типа Д49 позволяет заменить весьма многочисленные устаревшие модели однотипными дизелями с высокой степенью унификации и лучшими экономическими показателями. Требования к моторесурсу и экономичности определили выбор в качестве базовой модели четырехтактного дизеля. В основу создания мощностного ряда был положен принцип обеспечения всего диапазона мощностей ряда за счет изменения количества цилиндров и уровня форсирования V-образных дизелей, имеющих одинаковые диаметр и ход поршня. Все дизели типа Д49 имеют диаметр цилиндра и ход поршня равными 260 мм, угол развала между цилиндрами в V-об-разной модели 42°. Отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D = 26/26 = 1 позволило создать дизели с хорошими показателями по габаритным размерам и сравнительно малой удельной массой.
Наибольшее применение дизели типа Д49 получили на железнодорожном транспорте. Мощностной диапазон, обеспечиваемый восьми-, двенадцати-, шестнадцати- и двадцатицилиндровыми моделями тепловозных дизелей типа Д49, позволяет применять эти дизели для маневровых и магистральных тепловозов. Освоенные и планируемые мощностные диапазоны для каждой модели дизелей определяются средним эффективным давлением ре (от
0,743 до 1,922 МПа) и частотой вращения коленчатого вала (от 750 до 1100 об/мин). Степень унификации деталей между моделями ряда равна 87 %. Все основные узлы дизелей, определяющие сроки службы между ремонтами (цилиндро-поршневая группа, шатуннокривошипный механизм, клапанный механизм, топливная аппаратура, подшипники коленчатого вала, фильтры и др.), одинаковы для всех модификаций. Высокая унификация внутри ряда позволила использовать автоматические линии, специальные агрегатные станки и другое оборудование. При создании и доводке дизе-лей типа Д49 были использованы лучшие конструктивные решения, проверенные в длительной эксплуатации на отечественных дизелях 11Д45 и д100, а также учтен опыт крупнейших зарубежных фирм в области дизелестроения.
Все основные узлы ряда дизелей типа Д49 изготовлены в виде отдельных агрегатов, закрепленных на блоке цилиндров двигателя (рис. 1). Такая компоновка позволяет обеспечить высокое качество изготовления каждого узла и при необходимости провести испытания узлов на специальных стендах до начала общей сборки двигателя. Это значительно сокращает и упрощает общую сборку.
Кроме того, такое решение дает возможность весьма широко изготовлять некоторые агрегаты и узлы на ряде специализированных заводов, а при ремонте в локомотивных депо применять агрегатный метод.
Блок цилиндров 5 «сухой», сварно-литой, основные сварные швы разгружены от усилий давления сгорания. Коленчатые валы упрочнены: шейки валов азотированы, а галтели накатаны. Стальные валы для форсированных модификаций на каждой щеке вала имеют противовес. Подшипники коленчатого вала залиты свинцовистой бронзой и взаимозаменяемы.
Втулки цилиндров подвесного типа. Втулка и крышка цилиндров образуют цилиндровый комплект 3, который может быть демонтирован из блока вместе с шатуном и поршнем. Клапаны опираются на «плавающие» вставные седла в крышках цилиндров.
Клапанный механизм управляется общим для правого и левого рядов дизеля распределительным валом, а в приводе клапанов для уменьшения зазоров установлены гидротолкатели. Поршни составной конструкции охлаждаются маслом. Топливная форсунка вынесена из полости клапанного механизма, весь топливный трубопровод расположен вне системы смазки.
Все основные узлы и трубопроводы системы масла расположены на дизеле. Выпускные коллекторы 2 охлаждаются водой и имеют экранирующую жаровую трубу. Конструктивное исполнение узлов дизеля позволяет применять высокотемпературное охлаждение. На большинстве модификаций дизелей регуляторы частоты вращения и мощности имеют устройства, корректирующие подачу
топлива в зависимости от давления наддува и встроенную защиту дизеля от падения давления масла.
Рис. I. Схема компоновки дизелей типа Д49:
I— турбокомпрессор; 2 — коллектор выпускной; 3 —цилиндровый комплект (крышка цилиндра, втулка цилиндра, поршень и шатун); 4 — лоток с распределительным валом и топливными насосами; 5 — блок цилиндров с коленчатым валом; 6 — привод распределительного вала и других вспомогательных агрегатов; 7 — поддизельная рама с теплообменником масла или ванна масляная; 8 — привод водяных и масляных насосов с насосами
Для обеспечения высокого ресурса основных деталей дизелей широко применены современные методы химико-термической обработки и гальванические покрытия (цементация, азотирование, хромирование и другие методы). В производстве дизелей применены прогрессивные технологические процессы и высокопроизводительное оборудование: контактная стыковая электросварка картера блока, электрофизические и электрохимические методы обработки деталей топливной аппаратуры и турбокомпрессоров, суперфиниширование подшипниковых поверхностей валов алмазной лентой, алмазное растачивание, парное шлифование и т. д.
При создании мощностного ряда дизелей типа Д49 был выполнен комплекс опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ, натурных испытаний узлов и дизеля в целом. Большое внимание уделено вопросам механической и термической прочности новых двигателей. Долговечность наиболее ответственных узлов двигателей оценивалась на специальных установках для проведения усталостных испытаний натурных образцов блока цилиндров, коленчатых валов, шатунов и других узлов. Усталостные испытания при нагружении усилиями, значительно превышающими рабочие усилия, с соблюдением схем действительного нагружения явились эффективным средством оценки запасов прочности основных узлов.
Долговечность термически напряженных деталей сложной формы (крышка цилиндра, поршень и др.) определялась в процессе ускоренных испытаний на дизелях, позволявших имитировать темпы накопления остаточных напряжений в условиях эксплуатации. Оценка долговечности подшипников коленчатого вала помимо расчета проводилась путем непосредственного измерения толщины масляной пленки в коренных и шатунных подшипниках на работающих дизелях. Все основные и базовые модели дизелей типа Д49 в процессе доводки и при сдаче заказчикам проходили испытания по ускоренной 840-часовой программе. Испытания осуществлялись с помощью управляющей ЭВМ «Днепр». На дизелях типа Д49, применяемых на магистральных тепловозах, достигнут ресурс до первого осмотра поршней 250—300 тыс. км пробега, а на дизелях, устанавливаемых на маневровых тепловозах, 15—20 тыс. ч.
Все дизели типа Д49 имеют газотурбинный наддув. На дизелях типа Д49 среднего форсирования (ре = 1,2 МПа) применяется одноступенчатая система наддува, на дизелях с повышенным форсированием (ре > 1,6 МПа) по среднему эффективному давлению применяется двухступенчатая система наддува с двойным промежуточным охлаждением воздуха после каждой ступени наддува. На восьми-, шестнадцати- и двадцатицилиндровых модификациях дизелей применена изобарная система наддува, на двенадцатицилиндровых модификациях система наддува с преобразователями
импульсов перед турбокомпрессорами. Наддувочный воздух охлаждается на дизелях мощностью выше 600 кВт.
Рационально выбранные для каждой модификации дизеля типа Д49 показатели по среднему эффективному давлению, скорости поршня, системе воздухоснабжения и наддува обеспечивают качественное протекание рабочего процесса и необходимые параметры по экономичности и ресурсу. В результате проведенных экспериментальных работ для каждой модификации дизеля подобраны свои фазы газораспределения и топливоподачи в зависимости от степени форсирования дизеля и принятой системы наддува. У большинства модификаций дизелей типа Д49 расход топлива на полной мощности составляет 204—212 г/(кВт-ч).
Сравнение модификаций дизелей типа Д49 с зарубежными тепловозными дизелями одинаковой быстроходности и уровня форсирования (табл. 1) показывает, что дизели типа Д49 не уступают лучшим образцам зарубежных по экономичности, расходу металла и габаритным размерам. Сравнение показателей дизелей
типа Д49 с тепловозными дизелями, применяемыми в отечественном тепловозостроении (табл. 2), также указывает на превосходство дизелей типа Д49 по расходам топлива, масла, металлоемкости и подтверждает экономическую целесообразность и эффективность их применения на железнодорожном транспорте.
Источник
Коленчатые валы дизеля д49
5. Коленчатый вал и антивибратор дизелей типа Д49
На коленчатый вал действуют силы давления газов, силы инерции поступательно и вращательно движущихся масс и усилия, возникающие вследствие крутильных колебаний. Чтобы удовлетворить повышенные требования, предъявляемые к надежности и долговечности коленчатого вала, выбирают наиболее рациональную его конструкцию и соответствующий материал, применяют химико-термическую обработку и поверхностное упрочнение.
Коленчатый вал большинства тепловозных дизелей и дизель-генераторов типа Д49 отлит из высокопрочного чугуна с глобулярным графитом. Для стабилизации размеров при химикотермической обработке и повышения механических свойств чугун легирован медью (0,3—0,6 %). Использование литого вала значительно снижает трудоемкость изготовления и стоимость двигателя. У форсированных моделей дизелей (типа 1Д49) коленчатый вал из легированной стали. Для повышения износостойкости поверхностей трения и повышения усталостной прочности вал азотирован. Твердость азотированной поверхности HRC40. Рациональное распределение металла достигается определенной формой полостей шеек: в средней части каждой щеки имеется разгружающая выемка, внутренние полости шеек выполнены бочкообразными. Вал имеет относительно низкую изгибную жесткость, что обеспечивает умеренный рост дополнительных изгибных напряжений в галтелях при нарушении соосности постелей блока в эксплуата-ции. Повышение усталостной изгибной прочности вала достигается накаткой галтелей шеек.
Поверхностные и внутренние дефекты коленчатых валов выявляют при гамма-графирова-нии и магнитном контроле.
Рис. 24. Коленчатый вал:
1 — противовес; 2 — шестерня; 3 — втулка шлицевая; а — упорные бурты; б, в, г, д, е — отверстия; ж, к полости
Коленчатый вал восьмицилиндрового дизеля представлен на рис. 24. Валы двенадцатии шестнадцатицилиндровых дизелей имеют аналогичную форму шеек и щек и отличаются числом колен и их относительным расположением (заклинкой). Для уменьшения внутреннего изгибающего момента в
блоке цилиндров и нагруженности коренных подшипников от сил инерции «деталей движения» вал имеет противовесы 1, отлитые заодно со щеками. Бурты а ограничивают осевое перемещение вала. Втулка 3 через шлицевый вал передает вращение шестерням привода насосов. Шестерня 2 передает вращение шестерням привода распределительного вала. Масло на смазку шатунных подшипников поступает по отверстиям в шейках и щеках. Подшипник, расположенный вне блока цилиндров, смазывается маслом, поступающим через отверстие в, полость к и отверстие б. Шлицы втулки 3 и детали трения (втулки грузов и пальцы) комбинированного антивибратора смазываются маслом, поступающим от первого коренного подшипника по двум отверстиям е.
В процессе доводки дизелей 16ЧН 26/26 конструкция вала была изменена (рис. 25). Увеличение толщины стенок шатунных шеек (на величину заштрихованного поля 1), изменение формы 2 полостей в шатунных и коренных шейках повысили усталостную прочность вала и устранили случаи изломов по шатунным шейкам.
Рис. 25. Изменение конфигурации полостей шеек коленчатого вала
Антивибратор предназначен для снижения напряжения в коленчатом вале, возникающего вследствие крутильных колебаний. В дизелях типа Д49 применяются антивибрационные агрегаты различной конструкции. На большинстве дизелей 8ЧН 26/26 антивибрационные агрегаты не устанавливают вследствие низкого уровня напряжений от крутильных колебаний. На дизель-генераторах 8ЧН 26/26, дизелях 12ЧН 26/26, кроме 1-2Д49, на части дизелей 16ЧН 26/26 устанавливается силиконовый демпфер, на форсированных моделях 16ЧН 26/26 и 20ЧН 26/26 устанавливается комбинированный агрегат, состоящий из силиконового демпфера и маятникового антивибратора. Выбор конструкции антивибрационного агрегата определяется уровнем и характером крутильных колебаний в коленчатом вале.
В отверстиях ступицы 1 антивибратора (рис. 26) на пальцах 2 подвешены шесть маятников (грузов) 3, из них четыре маятника обеспечивают настройку антивибратора на гармоники 2,5 порядка и два — на гармоники 3,5 порядка. Для смазки деталей антивибратора масло поступает из полости коленчатого вала. Демпфер вязкого трения состоит из маховика 6, корпуса 5 с крышкой 4. Пространство между маховиком и корпусом заполнено жидкостью высокой вязкости (силиконовая жидкость).
Использование на дизелях мощностью 2200 кВт и выше конструктивно более сложных комбинированных антивибраторов оправдано, поскольку их использование обеспечивает более низкий уровень напряжений от крутильных колебаний. Так, установка на дизель-генератор 16ЧН 26/26 мощностью 2200 кВт комбинированного антивибратора вместо силиконового демпфера снижает напряжения от крутильных колебаний в 1,5 раза.
Источник
Коленчатый вал и его подшипники
Коленчатый вал (рис. 7.4) относится к числу наиболее ответственных, напряженных и дорогостоящих деталей двигателя. Стоимость изготовления вала может достигать 30 % стоимости изготовления всего двигателя.
В процессе работы двигателя коленчатый вал нагружается силами давления газов, а также силами инерции движущихся возвратно-поступательно и вращающихся деталей. Эти силы вызывают значительные напряжения кручения, изгибные напряжения и крутильные колебания, вследствие чего шейки вала испытывают переменное давление, которое вызывает значительную работу трения и износ шеек. Поэтому коленчатый вал должен обладать высокой прочностью, жесткостью и износостойкостью трущихся поверхностей при относительно небольшой массе, составляющей не более 15 % массы двигателя. Коленчатые валы изготавливаются из качественных углеродистых или легированных сталей ковкой или штамповкой, а также литьем из высококачественного чугуна или стали.
Коленчатый вал тепловозного дизеля типа Д49 имеет 10 коренных и 8 шатунных шеек, расположенных под углом 90° одна к другой. Между 9-й и 10-й коренными шейками устанавливается шестерня привода газораспределительного механизма дизеля. К щекам вала с помощью шпилек и гаек крепятся противовесы. Полости коренных шеек соединяются каналами с шатунными шейками, по которым подводится масло. Девятая коренная шейка имеет упорные бурты, предохраняющие коленчатый вал от продольного перемещения. От температурных нагрузок коленчатый вал мо-
Рис. 7.4. Коленчатый вал дизеля 1А-5Д49: 1 — антивибратор; 2 — шестерня; 3 — сухарь; 4 — пакет пластин; 5, 6 — диски дизель-генераторной муфты; 7 — направляющие кольца; а — коренная шейка; б — шатунная шейка; в — щека; г — противовесы
жет удлиняться от 9-й коренной шейки к 1-й. Фланец отбора мощности соединяется пластинчатой муфтой с тяговым генератором; к фланцу с противоположной стороны крепится комбинированный антивибратор (рис. 7.5).
В условиях эксплуатации высокие знакопеременные нагрузки от изгиба и крутильных колебаний могут привести к излому вала. Этому также способствуют дефекты, которые нередко возникают при изготовлении вала (литейные или возникшие при механической обработке). Повышенные механические напряжения в вале могут появляться в результате нарушения его уравновешенности а также при неправильной регулировке антивибратора или износе его грузов и пальцев. Задир шеек вала может произойти в результате ухудшения подачи на их поверхность масла, его разжижения или попадания в масло воды. При неправильной укладке вала в постели блока или неправильной его центровке с валом тягового генератора происходит упругий изгиб вала. В результате неправильной шлифовки коренных шеек при ремонте, а также от действия напряжений может возникнуть остаточный изгиб.
Рис. 7.5. Комбинированный антивибратор дизеля 5Д49: 1 — ступица; 2 — палец; 3 — груз; 4 — крышка; 5 -корпус; 6 — инерционная масса
Основными неисправностями коленчатых валов являются: сверхнормативный износ шеек; трещины и изломы; выкрашивание, коррозия и износ баббитовой заливки вкладышей; износ вкладышей и потеря торцового натяга; трещины крышек коренных подшипников.
Рассмотрим объемы работ при различных ТО и ТР на примере дизеля 10Д100.
При выполнении ТО-3 открывают люки верхней крышки и картера для осмотра подшипников, крышек и их крепления (методом остукивания молотком). Ослабление подшипников, крышек, присутствие баббита вблизи вкладышей, отсутствие шплинтов свидетельствует о неисправностях и требует восстановительного ремонта. Осматривают маслопровод в картере и трубки, подводящие масло к подшипникам. Через одно ТО-3 проверяют провисание нижнего коленчатого вала, которое не должно быть более 0,05 мм для коренных шеек (с 1-й по 7-ю включительно).
При проведении ТР-1 выполняют работы, предусмотренные для ТО-3, и дополнительно:
замеряют щупом суммарные зазоры «на масло» и «по усам» в коренных подшипниках верхнего и нижнего коленчатых валов; допускается зазор «на масло» до 0,4 мм, а «по усам» — до 0,25 мм. При больших зазорах коренные подшипники разбирают для замены вкладышей;
проверяют провисание нижнего коленчатого вала;
проверяют соосность валов дизеля и якоря тягового генератора. Эту проверку выполняют с помощью индикаторного приспособления. Измерения производят через каждые 90° поворота вала и каждый раз измеряют толщину пакета муфты. Отклонение по индикатору не должно превышать 0,15 мм на полный оборот коленчатого вала.
При проведении ТР-2 выполняют работы, предусмотренные ТР-1, и дополнительно:
разбирают шатунные подшипники коленчатых валов, проверяют их состояние, при необходимости ремонтируют;
демонтируют верхний коленчатый вал.
Нерабочие вкладыши (блока) снимают только в случае необходимости ремонта, все же рабочие вкладыши снимают, освидетельствуют и при необходимости ремонтируют. Восстанавливают осевой разбег коленчатого вала. Проверяют провисание коленчатого вала и при необходимости устраняют подбором вкладышей.
Демонтированные или новые вкладыши коренных подшипников (рис. 7.6) опускают на 3. 5 мин в масло, нагретое до температуры 50.80°С, затем протирают каждый вкладыш чистой безворсовой салфеткой и покрывают меловым раствором. После высыхания раствора вкладыш обстукивают деревянным молотком по тыльной части. Дребезжащий звук указывает на отставание баб-
Рис. 7.6. Коренные подшипники: 1 — верхний вкладыш; 2 — нижний вкладыш; 3 — канавка; 4 — отверстие; 5 — замок; 1 — средний подшипник бита, а потемнение мела из-за выступившего масла — на наличие трещин.
при наличии трещин в бронзе независимо от места расположения;
отслаивании баббитовой заливки, коррозии рабочей части более 20 % ее поверхности, выкрашивании более 50 % баббитовой заливки;
наличии круговых задиров на поверхности баббитовой заливки глубиной более 0,5 мм и шириной более 3 мм;
повышенном зазоре «на масло».
Подгонку вкладышей по шейкам вала производят путем шабрения баббитовой заливки, добиваясь, чтобы на I см2 баббитовой поверхности приходилось не менее двух пятен от краски или светлячков. После шабровочных работ баббитовую поверхность вкладышей выравнивают гладилкой. Натяг вкладышей в постели блока проверяют на стенде, а если стенда в депо нет — непосредственно в постели блока. Для этой цели между крышкой и постелью блока ставят металлические прокладки одинаковой толщины (обычно из фольги). Суммарная толщина двух прокладок должна равняться допустимому натягу вкладышей. Крышки подшипников закрывают до меток окончательной затяжки. Натяг вкладышей считается достаточным, если при постукивании медным молотком по торцу не происходит продольное перемещение вкладыша относительно постели и щуп толщиной 0,03 мм входит между вкладышем и постелью корпуса на глубину не более 15 мм. Разрешается восстанавливать натяг нанесением пленки эластометра ГЭН-150(В) на затылочную часть нерабочих вкладышей.
Источник