Базовой деталью остова и дизеля является блок цилиндров. На нем установлено большинство узлов и агрегатов дизеля. При работе блок воспринимает действие усилий от затяжки болтов подвесок и шпилек крепления крышек цилиндров, сил давления газов, сил инерции движущихся деталей шатунно-кривошипного механизма и моментов этих сил, переменных по значению и направлению. Помимо прочности к современным конструкциям блоков предъявляется требование обеспечения достаточной жесткости, поскольку деформация блока во время работы дизеля влияет на работоспособность деталей шатунно-кривошипного механизма и установленных на блоке узлов и агрегатов дизеля.
На дизелях типа Д49 применен блок сварно-литой У-образной конструкции с подвесными подшипниками коленчатого вала. Оригинальная отечественная конструктивная схема с силовыми шпильками крепления крышек цилиндров в блоке позволила уменьшить количество ответственных сварных швов. Сущность принятой силовой схемы состоит в том, что сварные швы элементов, образующих верхнюю часть блока, сжаты усилиями затяжки шпилек, вследствие чего наиболее ответственные сварные швы разгружены от растягивающих усилий. Это значительно упрощает конструкцию, резко сокращает количество деталей, что приближает изготовление блока к условиям крупносерийного производства. В этом отличие блоков дизелей типа Д49 от блоков дизелей 2Д100 и 10Д100, где все сварные швы подвержены растягивающим усилиям. Конструкции блоков всех дизелей типа Д49 аналогичны и отличаются лишь количеством отсеков по длине блока для размещения деталей шатунно-кривошипного механизма.
В качестве примера рассмотрим конструкцию блока двенадцатицилиндрового дизеля (рис. 15). Нижняя картерная часть блока сварена из поперечных литых элементов -стоек 9 и 10. Сварные швы расположены по осям цилиндров. Такая схема позволила применить контактную сварку элементов, образующих картер. Картер сваривают на специальной автоматической контактной машине по всему поперечному периметру одновременно. Контактная сварка обеспечивает высокое качество сварных швов. Сварные швы картера контролируют ультразвуком. Верхняя часть блока сварена из стального проката, прошедшего специальную проверку на свариваемость. Стойки картера отливают из стали 20Л ГОСТ 977-75. Для листового проката используется сталь 20 ГОСТ 1050-74. Литая и сортовая сталь ограничиваются по верхнему пределу содержания кремния, что гарантирует отсутствие трещин при сварке. Использование низкоуглеродистых сталей обеспечивает удовлетворительное качество литья и сварных швов.
Средняя часть блока е является ресивером наддувочного воздуха, а д - центральным масляным каналом. Шпильки 7 крепления цилиндровых комплектов ввернуты в верхнюю плиту картера. К стойкам картера прикреплены подвески 1 болтами 2. Совместно с вкладышами 12 подвески образуют опоры коренных подшипников коленчатого вала.
Стыки стоек блока и подвесок имеют зубцы а, которые фиксируют подвеску в поперечном направлении. В продольном направлении подвеска фиксируется центрирующим буртом болтов 2. Зубцы на стойках и подвесках блока нарезают одним комплектом червячных фрез, что уменьшает объем последующей совместной притирки для обеспечения требуемого взаимного прилегания. Качество зубчатого стыка проверяют двумя параметрами: взаимным прилеганием по краске и зазором между вершиной и впадиной. Прилегание считается удовлетворительным, если взаимное прилегание по краске, полученное контактным методом без взаимного перемещения подвески и стойки при затяжке болтов подвесок до отправной точки, составляет не менее 65 %. Зазор между вершиной и впадиной зубцов должен быть не менее 0,3 мм. Качественное изготовление зубчатого стыка очень важно для обеспечения стабильности затяжки болтов подвесок и сохранения размеров постелей под вкладыши в эксплуатации.
Рис. 15. Блок цилиндров: 1 - подвеска; 2 - болт крепления подвески; 3,8 - крышки люков; 4 - шайба сфериче-ская; 5 - гайки; 6 - коллектор водяной; 7 - шпилька; 9, 10 - стойки; 11 - полу* кольца упорные; 12 - вкладыш коренного подшипника; 15, 21, 22 - втулки; 14 - трубка с^ива масла; 16 - кольца; П - обечайка; 18 - патрубок; 19 - кольцо уплотнительное; 20 - болт; а - зубцы; 6 - канал подвода масла на смазку коренного подшипника; в - канал подвода масла на смазку привода насосов; г- - сигнальное отверстие; д - центральный масляный канал; е - ресивер наддувочного воздуха; и - отверстие для слива масла, скопившегося в ресивере
На крайней стойке І0 и подвеске установлены бронзовые полукольца 11 упорного подшипника. Блок «сухого» типа. Для защиты его от коррозии и для повышения износостойкости нижних поясов в блок запрессованы втулки 21 из нержавеющей стали. В местах перетока охлаждающей воды из коллекторов 6 на охлаждение втулок цилиндра для защиты блока от коррозии установлены втулки 22 из нержавеющей’ стали. Вода к коллекторам 6 подводится из привода насосов по втулкам 13. В нижней части боковых продольных листов блока против каждого цилиндра имеются отверстия г для контроля герметичности полости охлаждения втулок цилиндра. Наддувочный воздух из ресивера е к впускным каналам крышек цилиндра поступает через патрубок 18. При завертывании болтов 20 кольцо 16 и патрубок раздвигаются и уплотняют стыки между ресивером и крышкой цилиндра резиновыми кольцами 19. Масло из центрального канала д поступает на смазку коренных подшипников по каналам б. К выносному подшипнику масло поступает из полости коленчатого вала. По каналу б масло проходит к приводу насосов. По трубкам 14 и втулке 15 масло стекает из полости крышки цилиндра в картер дизеля. Масло, скопившееся в ресивере, стекает по отверстию и и далее через отверстия в корпусе привода распределительного вала в полость поддизельной рамы. Люки картера закрыты крышками 3 и 8. На крышках установлены предохранительные клапаны, которые открываются в аварийных случаях при повышении давления в картере дизеля.
Качество литья и сварных швов контролируют ультразвуком. Для снижения уровня остаточных напряжений в элементах блока и обеспечения стабильности размеров в эксплуатации после сварки блок подвергают высокому отпуску по режиму, указанному на рис. 16. Для достижения наибольшего эффекта от термообработки режим ее не должен отклоняться от кривых 1 и 2, ограничивающих оптимальное поле температур и времени выдержки. Подвески блока штампованные из стали 40 ГОСТ 1050-74. Для обеспечения требуемых механических свойств материала при минимальном уровне остаточных напряжений подвески подвергаются нормализации. Тензометрирование, усталостные натурные испытания блока на специальном стенде и опыт эксплуатации дизелей типа Д49 подтвердили достаточную его надежность (рис. 17). Напряжения при работе дизеля 16ЧН 26/26 на полной мощности и холостом ходу практически одинаковы. Это свидетельствует о том, что элементы блока нагружены только силами инерции и полностью разгружены от сил давления газов. Блок дизелей типа Д49 имеет высокую жесткость в вертикальной плоскости (табл. 7).
Рис. 16. График высокого отпуска блоков: 1,2 - верхняя и нижняя границы температуры отпуска
Работоспособность коленчатого вала и коренных подшипников в значительной степени зависят от стабильности «линии вала» в процессе эксплуатации дизеля,т. е. способности блока цилиндров сохранять исходную соосность постелей коренных опор. Стабильность определяется качеством изготовления зубчатого стыка и силой затяжки болтов подвески. В начальный период дизеля происходит естественный процесс взаимного обмятия контактирующих поверхностей подвески, болта, гайки, шайбы, стойки блока и, следовательно, некоторая потеря силы затяжки болтов.
Коренной подшипник (рис. 18) состоит из верхнего 1 и нижнего Остальных тонкостенных вкладышей, залитых свинцовистой бронзой. Для приработки на бронзу гальваническим способом нанесен слой сплава олова и свинца. Верхний и нижний вкладыши невзаимозаменяемы. Масло из канала а стойки блока поступает в подшипник через отверстия в и канавку б. Для устранения кавитационного повреждения приработочного слоя олово-свинец и обеспечения непрерывной подачи масла к шатунным подшипникам и поршню в нижнем вкладыше выполнены карманы переменной глубины с плавным выходом на рабочую поверхность вкладыша. Положение вкладышей фиксируется штифтом 5. Надежная работа вкладышей в значительной мере зависит от определяющих геоме-трических параметров вкладышей: натяга, диаметра в свободном состоянии, прямолинейности образующей наружной поверхности.
Рис. 17. Расположение тензодатчиков на седьмой стойке блока цилиндров и напряжения в местах их наклейки:
а - на режиме полной мощности п - - 1000 об/мии, ре = 1,6 МПа); б - на режиме холостого хода (п - 1000 об/мин,
Ре= °>
Таблица 7
|
Тип двигателе |
Жесткость поперечного сечения блока I, см4 |
Длина блока /, см |
Приведенная жесткость ЕІ/I3, кН/см |
|
2Д100 |
203 000 |
380 |
77,7 * |
|
142 000 |
- |
54,3 |
|
|
11Д45 |
82 500 |
273 |
85,2 |
|
1-9ДГ |
197 300 |
315 |
132,6 |
* В числителе - в зоне верхнего коленчатого вала, в знаменателе - в зоне нижнего.
1 - вкладыш верхний; 2 - вкладыш иижний; 3 - виит; 4 - полукольцо упорного подшипника; 5 - штифт; а - канал в блоке цилиндров для подвода масла к подшипнику; б - канавка для протока масла; в •- отверстие для протока масла; г - зубцы
Натяг в миллиметрах, измеренный в приспособлении, указан на боковой поверхности вкладыша. Натяг определяет плотность посадки вкладыша в постели и, следовательно, способность его удерживаться в постели от проворота и отводить тепло от подшипника в постель. Диаметр в свободном состоянии должен быть 220,5-225 мм. Больший диаметр может вызвать повышение напряжений во вкладыше. Диаметр в свободном состоянии, меньший диаметра постели, приводит к неплотному прилеганию вкладыша в постели у стыков, что затрудняет образование масляного клина.
Прямолинейность образующей наружной поверхности вкладыша имеет большое значение для обеспечения плотности прилегания вкладыша к постели. Неблагоприятное влияние на работу вкладыша оказывает «корсетная» форма образующей - вогнутость образующей в сторону бронзы, при которой уменьшается контактное давление в средней части вкладыша на постель и тем самым ухудшается отвод тепла от вкладыша в постель. Такой дефект обычно вызывает задир подшипника. Исходные (при изготовлении вкладышей на заводе) и предельные (в эксплуатации) геометрические размеры вкладышей выбраны на основании расчетов, тензо-метрирования, опыта доводки и соответствуют ГОСТ 9340-71. Для повышения стабильности этих параметров в эксплуатации на заводе-изготовителе разработан и внедрен метод пластического обжатия заготовок вкладышей, позволяющий получить в антифрикционном слое готового вкладыша остаточные напряжения растяжения, которые, суммируясь с рабочими напряжениями сжатия, снижают общий уровень напряжений во вкладыше на работающем дизеле.
Рабочая поверхность вкладышей выполнена по гиперболической кривой со стрелкой прогиба вдоль оси коленчатого вала. Такая исходная поверхность соответствует форме образующей шейки вала на работающем дизеле и обеспечивает лучшие условия работы подшипника. Неоднократное термометрирование вкладышей показывает, что температура антифрикционного слоя не превышает 120 °С при предельных значениях температур и давления масла на входе в дизель.
⇐Поддизельная рама | Тепловозные дизели типа Д49 | Втулка цилиндра⇒