close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

332

код для вставкиСкачать
А. И. ВОЛОДИН, А. С. АНИСИМОВ, О. В. БАЛАГИН
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
ПРИ ИЗУЧЕНИИ ДИСЦИПЛИНЫ
«ЛОКОМОТИВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ»
ОМСК 2008
0
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Омский государственный университет путей сообщения
А. И. Володин, А. С. Анисимов, О. В. Балагин
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
ПРИ ИЗУЧЕНИИ ДИСЦИПЛИНЫ
«ЛОКОМОТИВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ»
Утверждено редакционно-издательским советом университета
Омск 2008
1
УДК 629.424.3: 621.436
ББК 39.235.2-041.4
Л73
Методические указания для самостоятельной работы при изучении
дисциплины «Локомотивные энергетические установки»/ А. И. Володин,
А. С. Анисимов, О. В. Балагин; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск,
2008. 35 с.
В методических указаниях приведены общие теоретические сведения о системах и конструкции основных узлов дизелей типов 10Д100, Д49, ПД1М,
К6S310DR, 14Д40 и 11Д45 и практические вопросы для самостоятельного изучения конструкции и принципа действия узлов и деталей тепловозных дизелей:
кривошипно-шатунного механизма, цилиндропоршневой группы, систем топливоподачи, воздухоснабжения, автоматического регулирования и защиты дизеля,
механизмов привода вспомогательного оборудования и др.
Указания предназначены для студентов четвертого и пятого курсов очной
и заочной форм обучения специальности 190301 – «Локомотивы».
Библиогр.: 11 назв.
Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. Р. Ведрученко;
канд. техн. наук, доцент Г. Г. Кустиков.
_________________________
 Омский гос. университет
путей сообщения, 2008
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………………………………….
1. Системы топливоподачи тепловозных дизелей …………………………
2. Системы автоматического регулирования частоты вращения
коленчатого вала и нагрузки дизеля. Устройства автоматической
защиты дизеля...……………………………………………………………
3. Системы воздухоснабжения тепловозных дизелей.…………………..…
4. Конструкция основных узлов дизелей типа 10Д100…………………….
5. Конструкция основных узлов дизелей типа Д49.………………………..
6. Конструкция основных узлов дизелей типов ПД1М и К6S310DR ….....
7. Конструкция основных узлов дизелей типов 14Д40 и 11Д45…………..
Библиографический список………………………………………………….
3
5
6
9
13
17
21
26
29
34
4
ВВЕДЕНИЕ
Основой автономного локомотива любого типа является его локомотивная энергетическая установка (ЛЭУ). ЛЭУ тепловоза работает в сложных эксплуатационных условиях, определяемых родом службы локомотива, весом
поезда, профилем пути, климатическими условиями и техническим состоянием самого тепловоза. Эксплуатация и техническое обслуживание тепловозных
двигателей требуют знания особенностей конструкции основных узлов и деталей дизелей, устройства и принципов работы систем топливоподачи и воздухоснабжения, автоматического регулирования и защиты и др.
Основная цель методических указаний – помочь будущему специалисту
самостоятельно изучить конструкцию основных узлов, деталей и систем дизельных энергетических установок локомотивов.
Представленный в данной работе теоретический материал поможет студентам научиться работать со справочной литературой, самостоятельно освоить и систематизировать необходимые знания по особенностям конструкции
и принципу работы ЛЭУ. Для закрепления полученных теоретических знаний на кафедре «Локомотивы» имеются наглядные образцы основных узлов
дизелей типов 10Д100, 5Д49, ПД1М, 14Д40: цилиндропоршневая группа,
кривошипно-шатунный механизм, топливная аппаратура, регуляторы частоты
вращения, агрегаты наддува и др. В методических указаниях приведен библиографический список.
Методические указания составлены в соответствии с действующей рабочей программой по дисциплине «Локомотивные энергетические установки»
специальности 190301 – «Локомотивы».
5
1. СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
1.1. Общие сведения
Топливная система дизеля состоит из систем низкого и высокого давления. Система низкого давления предназначена для хранения запаса топлива, его
фильтрации, подогрева и подачи к насосам высокого давления. Система высокого давления обеспечивает подачу топлива к форсунке и впрыскивание его в
цилиндр и состоит из топливного насоса высокого давления (ТНВД) и форсунки, соединенных между собой нагнетательным трубопроводом.
Топливные насосы и форсунки дозируют количество подаваемого топлива на каждый цикл работы в зависимости от нагрузки дизеля, подают в цилиндр
топливо в установленный момент поворота коленчатого вала (опережение подачи) в соответствии с протеканием рабочего процесса, распыливают топливо
по объему камеры сгорания, в результате чего образуется смесь топлива с воздухом, обеспечивающая наилучшее протекание рабочего процесса по условиям
экономичности и мощности.
1.2. Конструкция основного оборудования систем топливоподачи
тепловозных дизелей
На тепловозных дизелях наибольшее распространение получили топливные насосы золотникового типа с механическим приводом плунжера от распределительного вала и форсунки закрытого типа с гидравлически управляемой
иглой. ТНВД золотникового типа просты по конструкции и в обслуживании.
В любом ТНВД основным узлом, осуществляющим подачу и дозировку
топлива, является насосный элемент, или плунжерная пара, состоящая из плунжера и гильзы и представляющая собой прецизионную пару, не подлежащую
разукомплектованию. Насосные элементы для цилиндров дизеля размещаются
в отдельных корпусах или в общем корпусе. В первом случае насосы называют
индивидуальными, во втором – блочными. Дизели типов Д100, Д49, Д70 имеют
индивидуальные насосы, типов 11Д45, 14Д40, М756 – блочные.
У ТНВД дизелей типа Д100 в гильзе плунжера имеется одно окно, выполняющее функции наполнения надплунжерного пространства топливом и его
отсечки. Уплотняющая способность такой плунжерной пары значительна, однако для нее характерна высокая цикловая неравномерность подачи топлива.
В конструкции ТНВД дизелей типов ПД1М, Д70 в гильзе предусмотрены два
окна, расположенных на одном уровне, а дизелей типов 11Д45, 14Д40, Д49 – на
разном. Верхнее окно выполняет функцию наполнения надплунжерного
пространства топливом, нижнее – его отсечки.
6
Отсечные кромки золотниковой части плунжера выполняют винтовыми,
такие кромки обеспечивают линейный закон изменения активного хода плунжера от угла его поворота или линейное перемещение рейки ТНВД. Угол наклона β винтовой (отсечной) кромки находится в пределах 15 − 53 о .
Наибольшее распространение получили ТНВД с регулированием фаз
топливоподачи по концу и по началу и концу подачи топлива. В первом случае
золотниковая часть плунжера имеет цилиндрическую верхнюю и винтовую
нижнюю (отсечную) кромки, во втором случае – винтовые наполнительную и
отсечную кромки. Дизели типов ПД1М, Д100, Д70, М750 имеют топливные
насосы, регулируемые по концу подачи, а дизели типов 11Д45, 14Д40 и Д49 –
по началу и концу подачи топлива.
В ТНВД с золотниковым управлением применяются нагнетательные клапаны с разгрузочным пояском, понижающим остаточное давление в нагнетательном трубопроводе, что способствует более четкой посадке иглы на ее седло
и уменьшению подтекания топлива.
Основной узел форсунок закрытого типа состоит из иглы, корпуса иглы и
соплового наконечника. Игла сопряжена с корпусом по двум поверхностям –
цилиндрической направляющей и конической запорной. Диаметральный зазор
между иглой и корпусом по цилиндрической поверхности равен 2 – 4 мкм.
Угол конуса иглы на 1 − 2 о больше угла конуса корпуса. Игла и корпус составляют прецизионную пару (степень точности – 11, шероховатости – 12).
Число и диаметр распыливающих отверстий распылителя (соплового
наконечника) выбираются в зависимости от формы камеры сгорания, размеров
и быстроходности дизеля.
Начальное давление впрыска Рф устанавливают для каждого типа дизеля
(силой затяжки пружины) равным 20 – 30 МПа, затем давление увеличивается
в зависимости от закона подачи топлива до 50 – 70 МПа.
1.3. Порядок самостоятельной работы
При изучении систем топливоподачи тепловозных дизелей следует воспользоваться справочной литературой [1, 2, 4, 5] и рассмотреть:
конструкцию топливных насосов высокого давления и форсунок;
принцип работы топливной аппаратуры (ТА);
способы регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля и характеристики топливоподачи;
особенности конструкции и принцип действия аккумуляторных топливных систем.
7
1.4. Контрольные вопросы
1) Какова конструкция топливных систем основных тепловозных дизелей?
2) На чем основана работа топливной системы высокого давления?
3) Каковы основные функции ТНВД?
4) По какому принципу работает ТНВД?
5) Каковы основные технические характеристики ТНВД тепловозных дизелей?
6) В чем состоят особенности конструкции плунжерной пары ТНВД дизелей: а) 10Д100; б) ПД1М и К6S310DR; в) 14Д40 и 11Д45; г) Д49?
7) Для чего предназначен нагнетательный клапан? Каковы конструкция и
принцип действия нагнетательного клапана? Как работает модернизированный
клапан ТНВД дизеля ПД1М?
8) В чем отличие блочных ТНВД от ТНВД индивидуального типа? Каковы их преимущества и недостатки?
9) Как происходит смазка ТНВД и его привода?
10) Как осуществляется поворот плунжера при работе ТНВД?
11) Как изменяется количество топлива подаваемого ТНВД?
12) Что называется цикловой подачей топлива?
13) Что называется углом опережения подачи топлива? Каковы способы его регулирования?
14) Как происходит регулирование фаз топливоподачи?
15) Что называется коэффициентом неравномерности работы ТА?
16) В чем заключаются преимущества и недостатки ТНВД золотникового типа?
17) Каковы основные функции форсунки?
18) По какому принципу работает форсунка закрытого типа?
19) Каковы основные технические характеристики форсунок тепловозных
дизелей?
20) Какова конструкция форсунок тепловозных дизелей: а) 10Д100;
б) ПД1М и К6S310DR; в) 14Д40 и 11Д45; г) Д49?
21) Каковы особенности конструкции распылителя и соплового наконечника форсунки? Как обеспечивается уплотнение распылителя? Как выбираются
число, диаметр и расположение отверстий соплового наконечника? Приведите
примеры. Каким видам обработки и упрочнения подвергается поверхность корпуса распылителя?
22) Как устанавливается начальное давление впрыска?
23) Чем объясняется незначительная величина подъема иглы?
24) В чем особенности конструкции электрогидравлической и электромагнитной форсунок? Каковы их преимущества и недостатки?
8
25) Для чего предназначен щелевой фильтр форсунки? Какова его конструкция?
26) Как изменяется давление в нагнетательном трубопроводе при работе
топливной аппаратуры?
27) Какова конструкция топливопроводов высокого давления?
28) Каковы особенности конструкции и основные функции механизма
управления ТНВД?
29) Каковы принципиальная схема аккумуляторной топливной системы,
ее принцип действия, преимущества и недостатки?
30) Как устроена и как работает аккумуляторная топливная система типа
Common Rail? Каковы характеристики впрыска? В чем особенности конструкции и принципа действия топливоподкачивающего насоса, аккумулятора топлива и форсунки?
1.5. Содержание отчета
1) Основные технические характеристики топливной аппаратуры тепловозных дизелей типов 10Д100, Д49, ПД1М, К6S310DR, 14Д40 и 11Д45.
2) Краткие ответы на контрольные вопросы (в конце отчета).
2. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА И НАГРУЗКИ ДИЗЕЛЯ.
УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ДИЗЕЛЯ
2.1. Общие сведения
Основные устройства автоматизации тепловозных дизелей подразделяют
на обеспечивающие:
автоматическое регулирование, поддерживающее постоянство частоты
вращения, заданные значения других параметров независимо от изменения
нагрузки (например, значения температуры воды и масла);
аварийно-предупредительную сигнализацию, предупреждающую о наступлении режима работы, грозящего аварийной остановкой;
аварийную защиту для остановки дизеля при наступлении аварийного состояния.
Основными элементами системы автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала и нагрузки современного тепловозного
дизеля являются регулятор частоты оборотов (РЧО) и регулятор нагрузки дизе9
ля. Автоматическая защита дизеля состоит из предельного регулятора частоты
вращения коленчатого вала, реле давления масла в системе смазки, термореле,
дифференциального манометра давления газов в картере и других устройств.
2.2. Конструкция регулятора частоты вращения, нагрузки и
устройств автоматической защиты дизелей
На современных тепловозных дизелях применяются центробежные всережимные регуляторы непрямого действия (с масляным серводвигателем) с
изодромной обратной связью. Эти регуляторы должны обеспечивать устойчивость регулирования при степени неравномерности εр, близкой к нулю.
Основным узлом любого регулятора является измеритель частоты вращения. К нему поступает два сигнала – настройки Н и значения угловой скорости
ω дизеля. Сигнал настройки задается машинистом и является программой работы. Если сигнал Н не соответствует сигналу ω, то измеритель частоты вращения
вырабатывает сигнал регулирования ∆z, который усиливается в серводвигателе
до значения ∆y. По сигналу ∆y цикловая подача топлива изменяется на величину ∆g так, чтобы частота вращения вала двигателя соответствовала сигналу
настройки Н.
В объединенном регуляторе содержатся все основные элементы РЧО (измеритель частоты вращения, серводвигатель, обратная связь) и подключен регулятор
мощности с золотником нагрузки, обратной связью и серводвигателем нагрузки.
Основным измерительным элементом любого регулятора являются два
груза (в виде угловых рычагов, имеющих на одном конце резьбу с навернутыми
гайками), вращающихся вместе с осью, которая приводится в движение от коленчатого вала. Центробежная сила грузов уравновешивается силой пружины.
Каждому положению рукоятки контроллера машиниста соответствует разная
сила затяжки пружины, поэтому пружины регулятора тепловозных дизелей являются всережимными.
Серводвигатель состоит из гидравлического цилиндра с силовым поршнем и
управляющего золотника с втулкой. Втулка имеет по окружности три ряда окон.
На современных тепловозных дизелях типов 10Д100, 11Д45, 14Д40,
Д70, Д49 устанавливают объединенные изодромные регуляторы частоты
вращения и нагрузки дизеля, а на дизелях типов ПД1М, Д50 – без регулятора
нагрузки (мощности).
Регулятор мощности корректирует нагрузку на дизель путем воздействия
на индуктивный датчик (ИД), включенный в цепь управления возбуждением тягового генератора. Например, при уменьшении нагрузки РЧО уменьшает подачу
топлива, в этом случае поршень серводвигателя воздействует на индуктивный
датчик, увеличивая нагрузку генератора. Частота вращения коленчатого вала
10
уменьшается (так как увеличивается нагрузка на генератор), и РЧО, увеличивая
подачу топлива, возвращает плунжер в исходное положение – положение перекрытия. Серводвигатель ИД занимает новое положение, при котором увеличивается нагрузка на генератор, что приводит к восстановлению нагрузки на дизель.
Регулятор частоты оборотов дизеля типа ПД1М имеет механический привод затяжки всережимной пружины (зубчатый сектор, втулка-рейка), дизелей
типов 10Д100, Д49 – электрогидравлический механизм (электромагниты МР1,
МР2, МР3, МР4, поршень, цилиндр).
Современные РЧО выполняют дополнительные функции по защите дизелей в случае возникновения аварийных режимов работы, для этой цели устанавливают корректор ограничения подачи топлива, корректор ограничения
нагрузки по давлению наддува, ускоритель пуска и другое оборудование.
Предельный регулятор осуществляет контроль за частотой вращения коленчатого вала дизеля и его остановку. Если частота вращения превышает предельно допустимое значение на 10 – 20 %, то регулятор переводит ТНВД на нулевую подачу топлива (у дизелей типов Д100, Д49, Д70), останавливает плунжеры ТНВД (ПД1М), перекрывает доступ воздуха в цилиндры дизеля (М756,
10Д100, Д49). Принцип действия регулятора основан на использовании центробежных сил вращающегося груза, закрепленного на распределительном валу.
Реле давления масла (РДМ) снимает нагрузку с дизеля или производит
его остановку при падении давления масла ниже установленного значения.
РДМ состоит из трех основных узлов: датчика, исполнительного механизма и
микропереключателя.
Термореле предназначено для защиты дизеля от повышения температуры
воды или масла выше установленных значений, состоит оно из термобаллона,
сильфона и соединяющего их капилляра.
Дифференциальный манометр предназначен для защиты от прорыва газов
в картер, что может послужить причиной воспламенения паров масла, представляет собой изогнутую трубку, наполненную водой с добавлением хромпика
и соли. Один из концов манометра имеет два контакта, другой конец соединен с
полостью картера. При повышении давления в картере вода замыкает контакты
и реле управления разрывает цепь питания соленоида блок-магнита РЧО, что
приводит к остановке дизеля.
2.3. Порядок самостоятельной работы
При изучении систем автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и устройств автоматической защиты тепловозных дизелей необходимо воспользоваться справочной литературой [1 – 11] и рассмотреть:
11
структурные и принципиальные схемы регуляторов частоты вращения
тепловозных дизелей, эксплуатируемых на железных дорогах России;
основы работы и клнструкцию регуляторов;
конструкцию и принцип действия объединенного регулятора частоты
вращения;
процесс регулирования при наборе и сбросе нагрузки;
особенности конструкции и работы устройств автоматической защиты
тепловозных дизелей.
2.4. Контрольные вопросы
1) Какие функции выполняют регулятор частоты вращения и объединенный регулятор? За счет чего осуществляется регулирование частоты вращения?
2) Каковы структурная схема и принцип действия РЧО?
3) Каковы структурная схема и принцип действия объединенного регулятора?
4) Для чего предназначена обратная связь регулятора?
5) Из каких основных элементов состоит измеритель частоты вращения?
6) Как вырабатывается выходной сигнал перемещения ∆z?
7) Какой РЧО является регулятором прямого действия? Каковы его преимущества и недостатки?
8) Что называется степенью неравномерности регулятора?
9) С какой целью применяется серводвигатель в РЧО?
10) Что называется жесткой и гибкой (изодромной) обратными связями?
11) Как регулируется частота вращения коленчатого вала дизеля регулятором с жесткой обратной связью?
12) Как регулируется частота вращения коленчатого вала дизеля регулятором с гибкой обратной связью?
13) Что называется регуляторной характеристикой двигателя?
14) Какова принципиальная схема РЧО дизеля ПД1М? Как работает РЧО
при увеличении и уменьшении нагрузки?
15) Каковы особенности конструкции РЧО дизеля ПД1М? Какие основные элементы содержат измеритель частоты вращения, механизм затяжки всережимной пружины, серводвигатель управления подачей топлива, золотниковая часть регулятора, золотник автоматического выключения, привод регулятора, масляная система регулятора (насос и масляные аккумуляторы)?
16) Каковы принципиальная схема и назначение регулятора нагрузки
(мощности)?
17) В чем особенности конструкции регулятора нагрузки?
12
18) Какова принципиальная схема объединенного регулятора? Как работает регулятор при увеличении и уменьшении нагрузки?
19) Каковы особенности конструкции объединенного регулятора дизеля
10Д100?
20) В чем особенности конструкции механизма управления частотой
вращения? Какова схема расположения и назначение электромагнитов МР1, МР2,
МР3, МР4?
21) Каковы особенности конструкции объединенного регулятора типа
4-7РС2: механизма управления частотой вращения; серводвигателя, предназначенного для обеспечения изодромного характера работы регулятора; механизма
регулирования нагрузки; электромагнитов МР5 и МР6; устройства ограничения
подачи топлива по давлению наддува и корректора ограничения нагрузки по
давлению наддува?
22. Для чего предназначены устройства автоматической защиты дизеля?
23. Каковы особенности конструкции и назначение предельного регулятора частоты вращения дизелей типов ПД1М, 10Д100 и 5Д49?
24) В чем состоит автоматическое действие предельного регулятора?
25) Как осуществляется настройка предельного регулятора?
26) Какие основные элементы входят в систему защиты дизеля от падения
давления масла?
27) Каковы конструкция и принцип действия термореле?
28) С какой целью на дизеле устанавливается дифференциальный манометр давления газов в картере? Каковы его устройство и принцип действия?
2.5. Содержание отчета
1) Основные технические характеристики РЧО и устройств автоматической защиты дизелей.
2) Краткие ответы на контрольные вопросы (в конце отчета).
3. СИСТЕМЫ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
3.1. Общие сведения
Наддувом называется способ увеличения мощности двигателя путем создания избыточного давления воздуха перед впускными органами двигателя и увеличения за счет этого подачи топлива в цилиндры. Механический наддув осуществляется воздушным компрессором (объемным или центробежным), приво13
димым в движение от коленчатого вала двигателя. Газотурбинным наддувом
называется способ принудительного сжатия и подачи воздуха в цилиндры двигателя за счет использования энергии отработавших газов двигателя. В качестве агрегата наддува в таких двигателях используется турбокомпрессор, сочетающий в
себе два агрегата – газовую турбину и воздушный компрессор, соединенные единым валом. Комбинированный наддув объединяет предыдущие два (механический и газотурбинный).
3.2. Конструкция агрегатов наддува тепловозных дизелей
Турбокомпрессоры (ТК) – это неотъемлемые агрегаты современного дизеля. Специализация производства ТК привела к разделению их на два типа.
Для наддува относительно маломощных (до 1100 кВт) быстроходных дизелей с
подачей компрессора до 1,5 кг/с применяются ТК с радиально-осевой центростремительной турбиной и диаметром рабочих колес до 180 мм (турбокомпрессоры ряда ТКР), а для дизелей свыше 1100 кВт и подачей более 1,5 кг/с – с
осевой турбиной (турбокомпрессоры ряда ТК).
Конструируют турбокомпрессоры по трем основным схемам:
с подшипниками между консольно расположенными рабочими колесами
(ТК дизелей типа Д49);
с подшипниками по концам ротора и с рабочими колесами компрессора и
турбины, расположенными между ними (ТК-30, ТК-34);
с подшипниками, расположенными по обеим сторонам турбины, и консольным расположением колеса компрессора.
Унифицированные ТК изготавливают в трех исполнениях: Н – низкого давления (степень повышения давления πк – менее 1,9); С – среднего (πк = 1,9 – 2,5);
В – высокого (πк свыше 2,5).
Остов ТК состоит из трех литых чугунных или алюминиевых корпусов,
которые при сборке могут занимать различные взаимные положения (с поворотом через каждые 30о). Газоприемный и выпускной корпуса охлаждаются
водой, теплоизоляционный экран защищает вал ротора от теплового излучения
горячих газов, изолирует полости компрессора от турбины и служит для
направления выпускных газов.
Сварной ротор состоит из колеса турбины и двух полувалов. Литое алюминиевое колесо плотно насажено на вал. Опорно-упорный подшипник ставится со стороны компрессора. Смазка поступает к подшипникам из масляной системы дизеля. Между колесом турбины и газоприемным корпусом устанавливается сопловой аппарат, лопатки которого заключены между внутренним и наружным
кольцами.
14
Выпускные газы из двигателя поступают к газоприемному корпусу и по
его каналам подводятся к проточной части турбины – сопловому аппарату и рабочим лопаткам газового колеса, после чего удаляются в атмосферу через выпускной корпус. Воздух поступает в компрессорный корпус, движется по каналам, образованным радиальными лопатками колеса компрессора, после чего
проходит лопаточный диффузор и поступает в полость сжатого воздуха. Повышение давления воздуха происходит в колесе компрессора и частично в
диффузоре и воздушной улитке, где скоростной напор преобразуется в энергию
давления.
В конструкции турбокомпрессоров дизелей типов 10Д100, Д49, ПД1М,
14Д40, 11Д45 применяются подшипники скольжения.
В двухтактных дизелях с газотурбинным наддувом в качестве второй
ступени сжатия воздуха используются приводные (от коленчатого вала) центробежные и роторные (объемные) компрессоры.
Центробежный компрессор дизеля 10Д100 приводится во вращение от
верхнего коленчатого вала через торсионный вал. Колесо компрессора изготавливается из алюминиевого сплава и монтируется консольно на шлицах ведомого вала редуктора. Вал выполнен заодно с цилиндрическим зубчатым колесом.
Через подводящий патрубок воздух поступает в колесо компрессора и после
сжатия проходит лопаточный диффузор и улитку корпуса.
В системе воздухоснабжения дизелей типа 14Д40 применяется приводной
роторный компрессор, он имеет два ротора с тремя спиральными выступами
для более равномерной подачи воздуха и уменьшения шума.
3.3. Порядок самостоятельной работы
При изучении систем воздухоснабжения тепловозных дизелей следует
воспользоваться справочной литературой [1 – 5] и рассмотреть:
принципиальные схемы систем воздухоснабжения тепловозных дизелей,
эксплуатируемых на железных дорогах России;
конструкцию и основы работы агрегатов наддува: турбокомпрессора,
приводного центробежного нагнетателя и приводного роторного компрессора;
конструкцию охладителей наддувочного воздуха, выхлопных коллекторов и наддувочных ресиверов;
основные параметры и характеристики турбокомпрессора.
3.4. Контрольные вопросы
1) Что называется наддувом? С какой целью наддув применяется на
дизелях?
15
2) От каких параметров зависит количество воздуха, поступающего в цилиндр? Из каких условий выбирается его наименьшее значение?
3) С какой целью используется охлаждение наддувочного воздуха? Привести пример.
4) Каковы схемы наддува тепловозных дизелей (ПД1М, К6S310DR,
10Д100, 14Д40, 11Д45, 5Д49)?
5) С какой целью на двухтактных дизелях применяются агрегаты наддува
с механическим приводом от коленчатого вала?
6) В чем заключаются преимущества и недостатки изобарного и импульсного газотурбинного наддува? Привести примеры.
7) Каковы схема и принцип работы газотурбинного наддува с преобразователями импульсов?
8) Как классифицируются турбокомпрессоры? Каковы их основные технические характеристики?
9) Каковы особенности конструкции турбокомпрессоров типов ТК-30,
ТК-34 (остов, ротор, подшипники, диффузор, сопловой аппарат)?
10) Как осуществляются смазка и уплотнение подшипниковых узлов?
11) Какие преимущества и недостатки имеют подшипники скольжения
турбокомпрессора?
12) Какие функции выполняет сопловой аппарат турбокомпрессора?
13) Каковы конструкция и назначение диффузора турбокомпрессора?
14) Как происходит повышение давления наддувочного воздуха?
15) Как вал ротора и сжимаемый воздух изолируются от воздействия теплового излучения отработанных газов?
16) Каковы особенности конструкции турбокомпрессоров дизелей типов
14Д40 и 11Д45 (остов, ротор, подшипники, диффузор, сопловой аппарат)?
17) Какова конструкция турбокомпрессоров дизелей типа Д49: а) 6ТК
(ТК38); б) ТК-23, ТК-35; в) 2ТНА?
18) Каковы особенности конструкции компрессорного колеса турбокомпрессора 6ТК (ТК38)? Для чего предназначен вращающийся направляющий аппарат (ВНА)?
19) В чем особенности конструкции турбинного колеса турбокомпрессора
6ТК (ТК38)?
20) Из каких основных элементов состоит рабочая лопатка турбины? Как
крепятся лопатки в диске турбинного колеса?
21) Что называется безлопаточным диффузором?
22) Каковы основные параметры и характеристики турбокомпрессоров?
23) Что называется областью неустойчивой работы турбокомпрессора.
В чем причины возникновения помпажа?
16
24) Каковы преимущества и недостатки трех основных схем конструирования тепловозных турбокомпрессоров?
25) Каковы особенности конструкции и принцип работы приводных
центробежных и роторных компрессоров (механизм привода, рабочие колеса,
подшипниковые узлы)?
26) Какие способы охлаждения наддувочного воздуха известны?
27) Какова конструкция охладителей наддувочного воздуха (ОНВ)?
28) Какие основные требования предъявляются к выпускным коллекторам?
29) Каковы особенности конструкции выпускных коллекторов дизелей
типов ПД1М, 10Д100, 5Д49?
30) Для чего предназначен компенсатор, какова его конструкция?
31) Каковы схема и принцип работы преобразователя импульсов в выпускном коллекторе (на примере дизеля 12ЧН 26/26)?
3.5. Содержание отчета
1) Основные технические характеристики агрегатов наддува тепловозных
дизелей.
2) Краткие ответы на контрольные вопросы (в конце отчета).
4. КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ДИЗЕЛЕЙ ТИПА 10Д100
4.1. Общие сведения
Дизель типа 10Д100 (двухтактный, рядный, вертикальный, с противоположно движущимися поршнями, двумя коленчатыми валами, прямоточнощелевой продувкой, непосредственным впрыском топлива) применяется
на тепловозах типа 2ТЭ10. Эффективная мощность дизеля 10Д100 составляет
2200 кВт, номинальная частота вращения – 850 мин-1, степень сжатия действительная – 15,1, геометрическая – 18,6.
Рабочий процесс дизеля протекает при интенсивном вихревом движении
воздуха в цилиндре, достигающем в момент продувки 110 м/с. Продувочные
окна имеют тангенциальный наклон (расположены под углом 24 о) и незначительный наклон к вертикальной оси цилиндра. Действительный угол опережения впрыска топлива равен 10 о , с ростом мощности в цилиндре он уменьшается. Давление наддува составляет 0,221 МПа.
17
4.2. Конструкция основных узлов дизелей типа 10Д100
Остовом дизеля 10Д100 служит сварной блок цилиндров, образованный
вертикальными и горизонтальными листами. К вертикальным листам блока
приварены опоры верхнего и нижнего коленчатых валов. В опорах размещены
подшипники верхнего и нижнего коленчатых валов. Сверху блок закрыт крышкой, которая имеет люки для осмотра шатунно-кривошипного механизма верхнего коленчатого вала. Блок установлен на сварную поддизельную раму, которая служит также опорой для генератора.
В блоке вертикально расположены десять втулок, изготовленных из специального чугуна, легированного добавлением хрома, никеля, молибдена, меди.
В средней части на втулку напрессована рубашка. В нижней части на втулке
размещена выпускная коробка. С двух сторон к выпускным коробкам присоединены правый и левый выпускные коллекторы.
Поршень состоит из стакана и вставки, в бобышках которой размещается
поршневой палец. Стакан поршня отлит из легированного чугуна. Боковая поверхность стакан покрыта слоем олова толщиной 0,02 – 0,03 мм. Поверхность
стакана со стороны газов и верхняя коническая поверхность до уплотнительного кольца покрыты слоем хрома. Степень сжатия двигателя регулируют толщиной прокладок на вставке. Запрессованные в бобышках вставки бронзовые
втулки выполняют роль подшипников скольжения для плавающего поршневого
пальца. Поршневой палец изготовлен из стали и имеет цементированную и полированную наружную поверхность. Нижний и верхний поршни невзаимозаменяемые.
На боковой поверхности стакана установлены четыре уплотнительных и
три маслосъемных кольца. В первой и третьей канавках нижнего и в первой канавке верхнего поршней установлены уплотнительные кольца, изготовленные
из высокопрочного чугуна, хромированные и дополнительно покрытые меднодисульфидмолибденовым сплавом. В остальных канавках установлены уплотнительные кольца, у которых запрессованы бронзовые вставки для обеспечения
хорошей приработки колец к втулке. Маслосъемные кольца (два на один поршень) имеют в своем теле щели, через которые масло поступает (по радиальным отверстиям в канавках стакана поршня) в картер.
Нижний и верхний шатуны одинаковы по конструкции, но различаются
длиной стержня. В верхнюю головку шатуна запрессован подшипник, состоящий из двух неразъемных втулок – наружной стальной и внутренней бронзовой. В нижней головке установлены два вкладыша шатунного подшипника –
бесканавочный и канавочный. Вкладыши изготовлены из бронзы, а поверхность трения залита слоем баббита БК2 толщиной 0,5 – 0,7 мм.
18
Верхний и нижний коленчатые валы одинаковые ко конструкции и изготавливаются из высокопрочного чугуна. Для повышения усталостной прочности валов галтели всех шеек накатывают роликом. Коренные вкладыши толстостенные, изготовлены из бронзы, а их трущаяся поверхность залита слоем баббита БК2 толщиной 0,5 – 0,7 мм. Опорно-упорный подшипник в отличие от
опорного имеет по торцам вкладышей борта (покрытые антифрикционным слоем), которыми он охватывает опоры.
Вертикальная передача предназначена для синхронизации вращения
верхнего и нижнего коленчатого валов и передачи мощности от верхнего вала к
нижнему.
Антивибратор расположен на конце нижнего коленчатого вала, имеющего наибольшую амплитуду крутильных колебаний.
4.3. Порядок самостоятельной работы
При изучении конструкции основных узлов дизелей типа 10Д100 следует
воспользоваться справочной литературой [1 –3, 5, 6, 11] и рассмотреть:
особенности конструкции блока дизеля;
конструкцию кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и цилиндропоршневой группы (ЦПГ) дизеля;
конструкцию коренных и шатунных подшипников;
назначение и устройство вертикальной передачи дизеля;
основы устройства привода ТНВД, РЧО, приводного центробежного
нагнетателя, масляного и водяного насосов;
устройство системы воздухоснабжения, масляной и водяной систем
дизеля.
4.4. Контрольные вопросы
1) Каковы особенности конструкции и изготовления блока дизеля типа
10Д100?
2) Что является опорой для блока дизеля?
3) Как цилиндровые втулки расположены и закреплены в блоке дизеля?
4) Что в блоке дизеля служит ресивером для наддувочного воздуха?
5) Из какого материала изготовлена цилиндровая втулка дизеля?
6) Как водяная рубашка фиксируется на цилиндровой втулке?
7) Каким видам обработки подвергается внутренняя поверхность цилиндровой втулки?
19
8) Каковы особенности конструкции продувочных и выпускных окон цилиндровой втулки?
9) С какой целью выполняется оребрение наружной поверхности цилиндровой втулки?
10) Как упрочняются внутренняя поверхность водяной рубашки и зоны
вокруг адаптерных отверстий?
11) От каких факторов зависит скорость изнашивания зеркала втулки цилиндра?
12) Каково назначение выпускной коробки?
13) Из каких основных элементов состоит поршень дизеля?
14) Какие основные функции выполняет поршень дизеля?
15) Что представляет собой наружная геометрия стакана поршня?
16) Как выбирается зазор между поршнем и зеркалом втулки цилиндра?
17) Каковы особенности конструкции стакана поршня? Из какого материала изготавливается стакан поршня, какие применяются виды покрытий?
18) Каковы особенности конструкции вставки поршня?
19) Как вставка в стакане поршня фиксируется от осевых перемещений?
20) Как регулируется степень сжатия дизеля?
21) Какова конструкция поршневого пальца? Из какого материала изготовлены подшипники поршневого пальца? Как крепится поршневой палец в поршне?
22) С какой целью в поршне дизеля 10Д100 установлена ползушка?
23) Почему нижний и верхний поршни невзаимозаменяемые?
24) Какие функции выполняют поршневые кольца (маслосъемные и
уплотнительные)?
25) Каковы особенности конструкции уплотнительных и маслосъемных
колец дизеля 10Д100?
26) Каков принцип действия уплотнительных и маслосъемных колец?
27) С какой целью на рабочую поверхность поршневых колец наносят
мягкие и твердые металлические покрытия?
28) Чем обеспечивается плотность прилегания поршневого кольца к поверхности втулки цилиндра?
29) В чем заключается насосное действие поршневых колец?
30) Каковы преимущества и недостатки прямоугольных уплотнительных
колец?
31) Какие виды замков применяют у поршневых колец дизеля 10Д100?
32) Каковы особенности конструкции шатунов дизеля 10Д100?
33) Из какого материала изготовлен подшипник верхней головки шатуна?
34) Какова конструкция шатунных подшипников дизеля 10Д100?
35) Какой шатунный вкладыш более нагружен при работе дизеля и почему?
20
36) Какие основные требования предъявляются к коленчатым валам?
37) Каковы особенности конструкции и изготовления коленчатых валов
дизеля 10Д100?
38) Каким видам упрочнения и обработки подвергают коленчатый вал?
39) Почему верхний и нижний коленчатые валы невзаимозаменяемые?
40) Чему равен угол между кривошипами коленчатого вала дизеля
10Д100?
41) На какой угол нижний коленчатый вал опережает верхний при работе
дизеля?
42) Какие вспомогательные агрегаты дизеля приводятся в действие от коленчатого вала?
43) Каковы особенности конструкции и назначение вертикальной передачи
дизеля?
44) Как осуществляется смазка коренных и шатунных шеек коленчатого вала?
45) Какую конструкцию имеют коренные подшипники дизеля 10Д100?
46) Какой коренной вкладыш более нагружен при работе дизеля и почему?
47) Где расположены опорно-упорные коренные подшипники?
48) Каковы особенности конструкции и назначение антивибратора дизеля?
49) Каковы особенности конструкции приводов ТНВД, РЧО, водяного и
масляного насосов?
50) Как устроены системы воздухоснабжения, смазки и охлаждения дизеля?
4.5. Содержание отчета
1) Основные технические характеристики дизелей типа 10Д100.
2) Краткие ответы на контрольные вопросы (в конце отчета).
5. КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ДИЗЕЛЕЙ ТИПА Д49
5.1. Общие сведения
Дизели типа Д49 составляют унифицированный типоразмерный ряд тепловозных двигателей мощностью 880 – 4400 кВт. Созданы модификации двигателей этого типа с числом цилиндров 8, 12, 16, 20. Необходимая агрегатная
мощность достигается за счет изменения числа цилиндров, степени повышения
давления воздуха в системе газотурбинного наддува, охлаждения наддувочного
воздуха, номинальной частоты вращения коленчатого вала. Все дизели типа
21
Д49 являются четырехтактными двигателями с газотурбинным наддувом и
охлаждением воздуха, имеют диаметр цилиндра и ход поршня равными 260 мм,
угол развала в V-образной модели дизеля составляет 42о. Отношение хода
поршня к диаметру цилиндра (S/D = 26/26 = 1) позволило создать дизели с небольшими габаритными размерами и малой удельной массой.
5.2. Конструкция основных узлов дизелей типа Д49 (5Д49)
Остов двигателя состоит из стального сварно-литого блок-картера и сварного блока цилиндров, расположенного над блок-картером и соединенного с
ним сваркой. В литых поперечных стойках блок-картера размещены опоры коленчатого вала и сделаны отверстия под нижнюю часть втулки цилиндра с рубашкой. В опорах и крышках уложены вкладыши коренных подшипников.
На верхние массивные плиты блоков установлены индивидуальные
крышки цилиндров, к которым подвешены на шпильках втулки цилиндров с
рубашками. Подвесная конструкция втулки цилиндра разгружает газовый стык
между втулкой и крышкой от сил давления газов в цилиндре. Газовый стык
уплотнен медной прокладкой.
Крышка цилиндра прикреплена анкерными связями к верхней плите
блок-картера, отлита из легированного чугуна с глобулярным графитом, имеет
два впускных и два выпускных клапана. Клапаны изготовлены из жаропрочной
стали. Выпускные клапаны имеют рабочую фаску с наплавкой кобальтовым
стеллитом ВЗК, впускные – фаску с наплавкой для дизелей с цилиндровой
мощностью 184 кВт и более. Для выпускных клапанов в крышках установлены
«плавающие» седла из жаростойкого сплава.
На всех дизелях типа Д49 применен поршень составной конструкции. Головка поршня отштампована из жаропрочной стали, для снижения температуры
охлаждается маслом. Тронк поршня изготовлен из штампованного высокопрочного алюминиевого сплава. Рабочая поверхность тронка покрыта слоем дисульфида молибдена. Компрессионные кольца (трапециидальной формы) изготовлены из высокопрочного чугуна с глобулярным графитом. Рабочая поверхность
колец покрыта хромом толщиной 0,16 – 0,25 мм и (дополнительно) слоем меди
толщиной 0,01 – 0,015 мм. Маслосъемные кольца изготовлены из легированного
чугуна. Верхнее кольцо имеет одну маслосъемную кромку, нижнее – две кромки.
Нижнее маслосъемное кольцо имеет пружинный расширитель.
Втулка цилиндра отлита из специального чугуна. Внутренняя поверхность
втулки подвергается хонингованию и фосфатированию. На втулку напрессована
стальная рубашка. В блоке цилиндров втулка имеет два опорных пояса: верхний
Ж и нижний В. Водяная полость втулки уплотнена резиновыми кольцами.
22
Шатунный механизм состоит из главного и прицепного шатунов. Главный шатун изготовлен из стали 18Х2НЧВА. Шатуны соединены пальцем,
выполненным из легированной стали. Поверхность трения пальца подвергается азотированию и затем шлифуется. Верхний и нижний шатунные вкладыши тонкостенные, стальные, залитые свинцовистой бронзой. Поверхность
трения покрыта сплавом «олово – свинец» толщиной 0,04 мм. Для защиты от
контактной коррозии наружная поверхность вкладыша покрыта слоем бронзы
толщиной 0,01 мм.
Коленчатый вал изготовлен из легированной стали (или отлит из высокопрочного чугуна). Шейки вала подвергаются азотированию, галтели – накатке.
Для разгрузки коренных подшипников на всех щеках установлены противовесы. Борта на девятой коренной шейке являются бортами упорного подшипника.
Коренной подшипник состоит из верхнего и нижнего стальных тонкостенных
вкладышей, залитых тонким слоем свинцовистой бронзы, на которую нанесен
приработочный слой свинцовистого сплава. Верхний вкладыш на внутренней
поверхности имеет канавку, которая через отверстия сообщается с канавкой в
стойке блока цилиндров, откуда поступает масло для смазки подшипников.
Нижний вкладыш около стыка имеет карманы для равномерного распределения
смазки на трущихся поверхностях подшипника и непрерывной подачи масла к
шатунным подшипникам и поршням. Упорный подшипник состоит из стальных
полуколец, прикрепленных винтами к девятой стойке и подвеске блока. Опорная поверхность полуколец покрыта тонким слоем бронзы.
Антивибратор дизеля 5Д49 комбинированный и состоит из маятникового
антивибратора и демпфера вязкого трения (для гашения крутильных колебаний
коленчатого вала).
5.3. Порядок самостоятельной работы
При изучении конструкции основных узлов дизелей типа Д49 следует
воспользоваться литературными источниками [1 – 3, 5, 7, 9, 11] и рассмотреть:
основные параметры и устройство мощностного ряда дизелей типа Д49;
конструкцию основных узлов дизелей типа 5Д49 (поддизельная рама,
блок цилиндров, втулка цилиндра, цилиндровая крышка, коленчатый вал и
антивибратор, шатуны, поршень);
устройство механизмов привода газораспределения и насосов;
устройство вспомогательных механизмов дизеля;
устройство масляной, водяной систем и системы воздухоснабжения;
основные направления модернизации дизелей типа 5Д49.
23
5.4. Контрольные вопросы
1) Каковы общая характеристика и параметры мощностного ряда дизелей
типа Д49?
2) Какие модификации шестнадцатицилиндровых дизелей 16ЧН 26/26 существуют?
3) Каковы особенности конструкции и изготовления остова?
4) В чем заключается сущность силовой схемы блока цилиндров?
5) Как расположены и закреплены цилиндровые втулки в блоке цилиндров дизеля?
6) Из какого материала изготовлена цилиндровая втулка дизеля 5Д49?
7) Каким видам обработки подвергается внутренняя поверхность цилиндровой втулки?
8) От каких факторов зависит скорость изнашивания зеркала втулки
цилиндра?
9) В чем преимущество цилиндровой втулки подвесного типа?
10) Как обеспечивается уплотнение водяной рубашки цилиндровой втулки?
11) Для чего предназначены технологические отверстия в нижней части
цилиндровой втулки?
12) Как осуществляется уплотнение газового стыка?
13) Почему крышка цилиндра является одной из наиболее нагруженных
деталей дизеля?
14) Каковы особенности конструкции цилиндровой крышки дизеля типа
5Д49? Каким видам упрочнения подвергается рабочая фаска выпускных клапанов?
Как реализуется уплотнение впускных и выпускных клапанов в крышке цилиндра? В чем заключается отличие седла выпускного клапана от впускного?
Каким образом осуществляется повышение износостойкости пары «шток
клапана – направляющая втулка»? Как расположена форсунка в крышке цилиндра? С какой целью в цилиндровой крышке устанавливается индикаторный кран?
15) Каковы особенности конструкции и изготовления коленчатых валов
дизеля 5Д49?
16) Каким видам упрочнения и обработки подвергается коленчатый вал?
17) С какой целью на щеках коленчатого вала установлены противовесы?
18) Какова конструкция уплотнения коленчатого вала?
19) Чему равен угол между кривошипами коленчатого вала дизеля
16ЧН 26/26?
20) Как осуществляется смазка десятого коренного подшипника коленчатого вала?
24
21) Какие вспомогательные агрегаты дизеля приводятся в действие от коленчатого вала?
22) Каковы особенности конструкции упорного подшипника коленчатого
вала дизеля типа 5Д49?
23) Как осуществляется смазка коренных и шатунных шеек коленчатого вала?
24) Какова конструкция коренных подшипников дизеля 5Д49?
25) Какой коренной вкладыш более нагружен при работе дизеля и почему?
26) От каких геометрических параметров зависит надежность работы коренных подшипников?
27) Из каких основных элементов состоит поршень дизеля 5Д49?
28) Что представляет собой наружная геометрия стакана поршня?
29) Каковы особенности конструкции поршня (материал, виды покрытий)?
30) Какова конструкция поршневого пальца?
31) Каковы особенности конструкции уплотнительных колец?
32) Какие виды замков применяют у поршневых колец дизеля 5Д49? Каковы преимущества и недостатки каждого вида замков?
33) Каковы преимущества и недостатки трапециидальных уплотнительных колец?
34) В чем особенность конструкции маслосъемных колец? Каково назначение пружинного расширителя маслосъемного кольца?
35) Каковы особенности конструкции шатунного механизма дизеля 5Д49?
36) Как осуществляется сочленение главного и прицепного шатунов?
37) Из какого материала изготовлен подшипник верхней головки шатуна?
38) Какова конструкция шатунных подшипников дизеля 5Д49?
39) Какой шатунный вкладыш более нагружен при работе дизеля и почему?
40) В чем заключаются особенности конструкции механизма газорапределения?
41) Какие дополнительные функции выполняет механизм привода распределительного вала?
42) Каковы особенности конструкции механизма привода насосов?
43) Какую конструкцию имеет валопровод вспомогательных электрических машин и валопроворотный механизм коленчатого вала дизеля?
44) Как устроена система воздухоснабжения дизеля? Как осуществляется уплотнение переходных патрубков?
45) Каковы устройство и принципиальная схема внутренней масляной системы дизеля 5Д49?
46) Каковы устройство и принципиальная схема внутренней водяной системы дизеля 5Д49?
25
5.5. Содержание отчета
1) Основные технические характеристики дизелей типа Д49.
2) Краткие ответы на контрольные вопросы (в конце отчета).
6. КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ДИЗЕЛЕЙ
ТИПОВ ПД1М И К6S310DR
6.1. Общие сведения
Дизели типов ПД1М и К6S310DR являются четырехтактными, рядными,
с вертикальным расположением цилиндров и непосредственным впрыскиванием топлива и газотурбинным наддувом, применяются они на маневровых тепловозах, имеют практически одинаковые характеристики рабочего процесса,
размеры и конструктивную компоновку.
В процессе серийного производства дизели Д50 (ПД1М) прошли модернизацию, которая позволила повысить их мощность Nц до 147 кВт и снизить
удельный расход топлива примерно на 14 г/(кВт·ч).
Номинальная мощность дизеля ПД1М составляет 880 кВт. Дизели К6S310DR
имеют модификации, модернизированные до мощности 1100 кВт при 775 мин-1, а
при переходе на восьмицилиндровое исполнение – 1470 кВт. Недостатком дизелей
типов ПД1М и К6S310DR является их повышенная удельная масса.
6.2. Конструкция основных узлов дизелей типа ПД1М и К6S310DR
Рама дизеля ПД1М представляет собой монолитную чугунную отливку
корытообразной формы. В средней части поперечных перегородок имеются
приливы, образующие постели (опоры) для установки нижних вкладышей
коренных подшипников. Крышки четвертого и седьмого подшипников прикреплены к раме дизеля четырьмя шпильками, а остальные – двумя. Верхняя
обработанная поверхность рамы служит основанием для блока цилиндров,
соединенного с ней анкерными связями. В раме проходит главная масляная
магистраль.
В постелях поперечных перегородок рамы смонтированы семь пар вкладышей коренных подшипников. Седьмой подшипник является упорным. Каж26
дый подшипник состоит из двух бронзовых вкладышей, залитых баббитом марки БК-2. На внутренней поверхности каждого вкладыша проточена кольцевая
канавка, сообщающаяся через отверстие с маслоподводящим каналом в крышках коренных подшипников.
Блок цилиндров отлит из чугуна и представляет собой жесткую коробчатую конструкцию. Внутри блок разделен поперечными перегородками на шесть
гнезд, в которые вставлены цилиндровые втулки, образующие со стенками блока полости, омываемые охлаждающей водой.
Втулка цилиндра отлита из модифицированного чугуна. Два бурта фиксируют втулку в блоке. В три кольцевые канавки закладывают резиновые уплотнительные кольца. В верхней части гильза имеет бурт, которым она опирается на
упорный бурт блока. В кольцевую канавку входит уплотнительный буртик
крышки цилиндра. Внутренняя поверхность гильзы подвергается хонингованию.
Коленчатый вал стальной, кованный, имеет семь коренных и шесть полых
шатунных шеек, которые вместе со щеками образуют шесть кривошипов, расположенных симметрично в трех плоскостях под углом 120о друг к другу. Коренные
и шатунные шейки соединены между собой косыми отверстиями, в которые
вставлены и развальцованы трубки для прохода масла. На седьмой коренной шейке с помощью бугелей монтируется разъемная шестерня со спиральным зубом.
Шатун отштампован из легированной стали. В верхнюю головку запрессована втулка головного подшипника, выполненная из бронзы ОС-8-12. Шатунные подшипники бронзовые, тонкостенные с заливкой баббитом марки БК-2.
Поршень отлит из алюминиевого сплава ПС12. Головка поршня выполнена толстостенной с плавным переходом от днища к стенкам. На поршне
имеются семь канавок, из которых пять расположены выше, а две – ниже
поршневого пальца. В первых двух канавках расположены трапецеидальные
хромированные кольца, в двух последующих – прямоугольные компрессионные, в остальных трех – маслосъемные кольца.
6.3. Порядок самостоятельной работы
При изучении конструкции основных узлов дизелей типов ПД1М и
К6S310DR следует воспользоваться справочной литературой [1 – 3, 5, 8] и рассмотреть:
общую компоновку дизелей;
конструкцию основных узлов дизелей (поддизельная рама, блок цилиндров, втулка цилиндра, цилиндровая крышка, коленчатый вал и антивибратор, шатуны, поршень);
устройство газораспределительного механизма;
27
вспомогательные механизмы дизелей;
устройство системы воздухоснабжения, масляной и водяной систем дизелей.
6.4. Контрольные вопросы
1) Каковы основные направления модернизации дизелей?
2) Каковы основные технические характеристики дизелей?
3) Какова общая компоновка дизелей?
4) Каковы особенности конструкции и изготовления остова?
5) Для чего предназначены стальные сетки в маслосборнике рамы дизеля?
6) Каковы конструкция и принцип действия уплотнения коленчатого вала?
7) Как расположены и закреплены цилиндровые втулки в блоке цилиндров дизеля?
8) Как организовано охлаждение цилиндровых втулок в блоке цилиндров?
9) Из какого материала изготовлена цилиндровая втулка?
10) Каким видам обработки подвергается внутренняя поверхность цилиндровой втулки?
11) Как обеспечивается уплотнение водяной полости для охлаждения цилиндровой втулки?
12) Как осуществляется уплотнение газового стыка?
13) Каковы особенности конструкции цилиндровой крышки? Как происходит охлаждение крышки цилиндра? Под каким углом выполнены фаски впускных и выпускных клапанов? С какой целью в системе привода клапанов используется две пружины (большего и меньшего диаметров)? Как расположена форсунка в крышке цилиндра? Как крепится цилиндровая крышка к блоку цилиндров? Для чего предназначены технологические отверстия в крышке цилиндра?
14) Каковы особенности конструкции и изготовления коленчатого вала?
15) Каким видам упрочнения и обработки подвергается коленчатый вал?
16) Чему равен угол между кривошипами коленчатого вала дизелей?
17) Какие вспомогательные агрегаты дизеля приводятся в действие от коленчатого вала?
18) Каковы конструктивные соотношения и размеры коленчатого вала?
19) Как осуществляется смазка коренных и шатунных шеек коленчатого вала?
20) Какие коренные шейки коленчатого вала более нагружены при работе
дизеля?
21) Для чего предназначен упорный бурт на седьмой коренной шейке коленчатого вала?
22) Каковы особенности конструкции коренных подшипников дизелей?
23) Какой коренной вкладыш более нагружен при работе дизеля и почему?
28
24) Где расположен упорный коренной подшипник?
25) Из каких основных элементов состоит поршень дизелей?
26) Что представляет собой наружная геометрия стакана поршня?
27) Каковы особенности конструкции поршня (материал, виды покрытий)?
28) Какова конструкция поршневого пальца?
29) Как осуществляются смазка и охлаждение поршневого пальца и самого поршня?
30) Каковы особенности конструкции уплотнительных и маслосъемных колец
дизелей?
31) Каковы особенности конструкции шатуна?
32) Из какого материала изготовлен подшипник верхней головки шатуна?
33) Какова конструкция шатунных подшипников дизелей ПД1М и
К6S310DR?
34) Каковы особенности устройства механизма газораспределения дизелей? Как осуществляется привод клапанов? Каким образом происходит подача
масла к газораспределительному механизму? Каковы конструкция и привод
распределительного вала?
35) Как устроена система воздухоснабжения дизелей?
36) Каковы устройство и принципиальная схема внутренней масляной системы?
37) Каковы устройство и принципиальная схема внутренней водяной системы?
6.5. Содержание отчета
1) Основные технические характеристики дизелей типов ПД1М и
К6S310DR.
2) Краткие ответы на контрольные вопросы (в конце отчета).
7. КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ДИЗЕЛЕЙ
ТИПОВ 14Д40 И 11Д45
7.1. Общие сведения
Дизели типов 14Д40 и 11Д45 принадлежат к одному типоразмеру, имеют
большинство аналогичных по конструкции деталей и узлов и представляют собой V-образные двухтактные двигатели с прямоточной клапанно-щелевой продувкой и двухступенчатой системой наддува. Двигатель 11Д45 мощностью
29
2200 кВт имеет 16 цилиндров, для наддува в нем применены два параллельно
работающих турбокомпрессора в качестве первой ступени и один приводной
центробежный компрессор в качестве второй ступени. Между ступенями воздух охлаждается в водовоздушном охладителе. Дизель 14Д40 мощностью
1470 кВт имеет 12 цилиндров. Первая ступень наддува дизеля 14Д40 аналогична первой ступени двигателя 11Д45, а во второй ступени применен приводной
роторный компрессор. Охлаждение воздуха не предусмотрено.
7.2. Конструкция основных узлов дизелей типа 14Д40 И 11Д45
Остов дизеля 11Д45 состоит из сварного блока цилиндров V-образной
формы, разделенного поперечными стойками на восемь секций, в которых размещены втулки цилиндров. В нижней части блока к поперечным стойкам и к
нижней горизонтальной плите блока приварены опоры коленчатого вала.
К торцевому листу блока со стороны генератора крепится призонными болтами
опора выносного подшипника коленчатого вала, служащего второй опорой для
якоря генератора.
На верхние плиты блока установлены крышки на каждый цилиндр.
Крышка цилиндра составная: днище изготовлено из высокопрочного чугуна, а
верхняя часть – из алюминиевого сплава. В крышке расположены четыре выпускных клапана, форсунка и индикаторный кран. Клапаны изготовлены из жаростойкой стали, на рабочих поясках нанесено покрытие из кобальтового сплава. Для уплотнения клапанов используются металлокерамическая втулка и два
разрезных кольца из фторопласта.
Втулка цилиндра отлита из легированного чугуна, она подвешена к крышке цилиндра на шпильках. На верхнем опорном борте втулки имеется кольцевая
площадка, где прорезаны кольцевые канавки. Верхняя часть втулки охлаждается
водой, нижняя – воздухом. В нижней части втулки выполнены два выреза.
Поршни выпускаются нескольких модификаций – цельные (стакан, вставка) и составные (головка, юбка и вставка). Стакан отлит из легированного чугуна, его боковая поверхность покрыта тонким слоем олова. Поверхность днища
стакана и боковая поверхность головки до уплотнительного кольца покрыты
слоем хрома. На боковой поверхности стакана в верхней части имеются четыре
канавки, в которых размещены уплотнительные кольца, и в нижней части – две
канавки, где установлены маслосъемные кольца. Верхнее маслосъемное кольцо
выполняет дополнительные функции уплотнения. Вставка изготовлена из высокопрочного чугуна. Поршневой палец – плавающего типа, полый, изготовлен из
легированной стали. Палец установлен в стальных втулках, имеющих заливку
свинцовистой бронзой. Осевое перемещение пальца ограничивают пружинные
30
стопорные кольца. Верхнее уплотнительное кольцо изготовлено из высокопрочного чугуна. Рабочая поверхность кольца хромирована. Остальные уплотнительные кольца изготовлены из легированного чугуна и имеют бронзовые пояски,
закатанные в канавки колец, а на их рабочих поверхностях выполнены винтовые
канавки, которые после лужения заполняются дисульфидом молибдена. Маслосъемные кольца изготовлены из легированного чугуна и имеют прямой замок.
Шатунный механизм образован главным и прицепным шатунами.
В верхние головки обоих шатунов запрессованы стальные втулки, залитые тонким слоем свинцовистой бронзы. Шатунные подшипники – стальные вкладыши, они тоже залиты тонким слоем свинцовистой бронзы и покрыты слоем
свинцовистого сплава толщиной 0,020 – 0,025 мм. Верхний вкладыш воспринимает наибольшую нагрузку и не имеет кольцевых канавок.
Коленчатый вал дизеля 11Д145 отлит из высокопрочного чугуна. Поверхность шеек и щек подвергается азотированию. Для уменьшения массы
шейки выполнены пустотелыми. Пятая коренная шейка наиболее нагружена и
отличается от других шеек большей длиной. Между девятой и десятой коренными шейками на коленчатом валу расположены фланец для крепления разъемной шестерни привода распределительного вала и два борта с торцевыми поверхностями. Борты вместе с упорными антифрикционными кольцами, закрепленными в блоке цилиндров, образуют упорный подшипник. Коленчатый вал
дизеля 14Д40 изготовлен из легированной стали и подвержен азотированию.
Коренные подшипники установлены в опорах коленчатого вала. Коренной подшипник состоит из верхнего и нижнего стальных вкладышей, залитых
тонким слоем свинцовистой бронзы и покрытых слоем свинцовистого сплава
толщиной 0,020 – 0,025 мм. Верхний вкладыш на рабочей поверхности имеет
широкую проточку и три отверстия, через которые масло поступает для смазки
коренного и шатунного подшипника и охлаждения поршня.
7.3. Порядок самостоятельной работы
При изучении конструкции основных узлов дизелей типов 14Д40 и 11Д45
следует воспользоваться литературными источниками [1 – 3, 5] и рассмотреть:
основные параметры и общую компоновку дизелей;
конструкцию основных узлов (поддизельная рама, блок цилиндров,
втулка цилиндра, цилиндровая крышка, коленчатый вал и антивибратор, шатунный механизм, поршень);
устройство механизмов привода газораспределения и насосов;
вспомогательные механизмы дизеля;
устройство масляной, водяной систем и системы воздухоснабжения.
31
7.4. Контрольные вопросы
1) Каковы основные технические характеристики дизелей типов 14Д40 и
11Д45?
2) Каковы отличительные особенности устройства и компоновки дизелей
14Д40 и 11Д45?
3) Каковы особенности конструкции и изготовления остова дизелей
типов 14Д40 и 11Д45?
4) Какая схема продувки применена на дизелях 14Д40 и 11Д45?
5) Каковы конструкция, назначение и принцип действия уплотнения
коленчатого вала?
6) Как расположены и закреплены цилиндровые втулки в блоке цилиндров дизелей?
7) Как организовано охлаждение цилиндровых втулок в блоке цилиндров?
8) Из какого материала изготовлены цилиндровые втулки дизелей?
9) Каким видам обработки подвергается внутренняя поверхность цилиндровой втулки?
10) Как обеспечивается уплотнение водяной полости для охлаждения цилиндровой втулки?
11) Как осуществляется уплотнение газового стыка?
12) Каковы особенности конструкции цилиндровой крышки дизелей 14Д40 и
11Д45? Как собирается и крепится крышка цилиндра на блоке цилиндров? Каким видам упрочнения подвергается рабочая фаска выпускных клапанов? Как
реализуется уплотнение выпускных клапанов в крышке цилиндра? Как расположена форсунка в крышке цилиндра? Как происходит охлаждение крышки
цилиндра?
13) Каковы отличительные особенности конструкции и изготовления коленчатых валов дизелей 14Д40и 11Д45?
14) Сколько коренных и шатунных шеек у коленчатых валов дизелей
14Д40 и 11Д45?
15) Каким видам упрочнения и обработки подвергается коленчатый вал?
16) Чему равен угол между кривошипами коленчатых валов дизелей
14Д40 и 11Д45?
17) Какие вспомогательные агрегаты дизеля приводятся в действие от коленчатого вала?
18) Каковы конструктивные соотношения и размеры коленчатых валов
дизелей 14Д40 и 11Д45?
19) Как осуществляется смазка коренных и шатунных шеек коленчатых
валов дизелей 14Д40 и 11Д45?
32
20) Какие коренные шейки коленчатого вала более нагружены при работе
дизеля?
21) Каковы особенности конструкции упорного подшипника коленчатого
вала дизеля типа 11Д45?
22) Для чего предназначен антивибратор и как он устанавливается на коленчатом валу?
23) Из каких основных элементов состоит поршень дизелей 14Д40 и 11Д45?
24) Что представляет собой наружная геометрия стакана поршня?
25) Каковы особенности конструкции поршня (материал, виды покрытия)?
26) Какова конструкция поршневого пальца?
27) Как осуществляются смазка и охлаждение поршневого пальца и самого поршня? Каковы отличительные особенности конструкции поршней дизелей
14Д40 и 11Д45?
28) Каковы особенности конструкции компрессионных и маслосъемных
колец дизелей 14Д40 и 11Д45?
29) Каковы особенности конструкции шатунного механизма дизелей?
30) Как осуществляется сочленение главного и прицепного шатунов?
31) Из какого материала изготовлен подшипник верхней головки шатуна?
32) Какова конструкция шатунных подшипников?
33) Какой шатунный вкладыш более нагружен при работе дизеля и почему?
34) Каковы особенности конструкции механизма газораспределения? Как
осуществляется привод клапанов? Каковы функции гидротолкателя, его конструкция и принцип действия? Как происходит подача масла к газораспределительному механизму? Каковы конструкция и привод распределительного вала?
35) Каково устройство системы воздухоснабжения дизелей 14Д40 и
11Д45?
36) Каковы устройство и принципиальная схема внутренней масляной системы?
37) Каковы устройство и принципиальная схема внутренней водяной системы
дизелей?
7.5. Содержание отчета
1) Основные технические характеристики дизелей типа 14Д40 и 11Д45.
2) Краткие ответы на контрольные вопросы (в конце отчета).
33
Библиографический список
1. Локомотивные энергетические установки / А. И. В о л о д и н, В. З. З юб а н о в и др. М.: Желдориздат, 2002. 718 с.
2. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания / А. Э. С и м с о н,
А. З. Х о м и ч и др. М.: Транспорт, 1987. 536 с.
3. П о й д а А. А. Тепловозы. Механическое оборудование, устройство и
ремонт / А. А. П о й д а, Н. М. Х у т о р я н с к и й, В. Е. К о н о н о в. М.:
Транспорт, 1988. 319 с.
4. Дизели / Под ред. В. А. В а н ш е й д т а. Л.: Машиностроение, 1977. 480 с.
5. В о л о д и н А. И. Локомотивные двигатели внутреннего сгорания /
А. И. В о л о д и н. М.: Транспорт, 1990. 256 с.
6. А в р у н и н А. Г. Тепловозные дизели 2Д100 и 10Д100 / А. Г. А в р ун и н. М.: Транспорт, 1970. 320 с.
7. Ф и л о н о в С. П. Тепловоз 2ТЭ116 / С. П. Ф и л о н о в, А. Г. Г и б ал о в, Е. А. Н и к и т и н. М.: Транспорт, 1996. 334 с.
8. Н о т и к З. Х. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т / З. Х. Н о т и к. М.: Транспорт, 1990. 384 с.
9. Тепловоз ТЭМ7 / Г. С. М е л и к д ж а н о в, А. В. Б а л а ш о в и др.
М.: Транспорт, 1989. 293 с.
10. Тепловоз ТЭ10М. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1985, 421 с.
11. Тепловозные дизели типа Д49 / Е. А. Н и к и т и н, В. М. Ш и р я е в и др.
М.: Транспорт, 1982. 255 с.
34
Учебное издание
ВОЛОДИН Александр Иванович, АНИСИМОВ Александр Сергеевич,
БАЛАГИН Олег Владимирович
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ДИСЦИПЛИНЫ
«ЛОКОМОТИВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
___________________
Редактор Т. С. Паршикова
***
Подписано к печати .05.2008. Формат 60×84 1/16.
Печать плоская. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,2. Уч.-изд. л. 2,4.
Тираж 150 экз. Заказ
.
**
Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа
Типография ОмГУПСа
*
644046, г. Омск, пр. Маркса, 35
35
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
49
Размер файла
282 Кб
Теги
332
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа