Цилиндровая втулка дизеля 10Д100

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Цилиндровая втулка дизеля 10Д100

Введение

цилиндровый втулка конструкция дизель

Втулки цилиндров служат в качестве направляющих для перемещения поршней. Они образуют рабочий объем цилиндров, в котором происходит преобразование химической энергии топлива в механическую энергию для вращения коленчатого вала дизеля. В связи с высокой температурной напряженностью они требуют охлаждения, а возвратно - поступательные перемещения поршня с большой скоростью предъявляют высокие требования к чистоте обработки внутренней поверхности и качеству масла. Для отвода тепла, выделенного при сгорании топлива, от стенок цилиндров они омываются водой, циркулирующей между блоком дизеля и охлаждающими секциями радиаторов.

Цилиндровые втулки должны обладать кавитационно-коррозионной стойкостью поверхностей, омываемых водой; иметь износостойкую внутреннюю поверхность (зеркало); интенсивно отводить тепло и сохранять низкую температуру (до 150-160°С) для обеспечения хороших условий смазывания и работы поршневых колец на всей длине, включая зону, прилегающую к камере сгорания.

Усталостная прочность и жесткость цилиндровых втулок (гильз) выбираются с учётом действия комплекса механических и тепловых нагрузок. Надежная работа втулок цилиндров зависит не только от конструкции, но и в не меньшей степени от технологии их производства и условий эксплуатации.

Существенными особенностями обладают конструкции цилиндровых втулок двухтактных дизелей с встречно движущимися поршнями (рис. 1,а).

Рисунок 1. Цилиндровая втулка дизеля типа Д100:

а - общий вид втулки; б - изменение температуры различных точек на режимах тепловозной характеристики на глубине 2мм от поверхности зеркала; 1 - фланец; 2 - втулка; 3 - рубашка; 4 - выпускная коробка; 5, 6, 7, 8, 9, 10 - температуры различных точек; А - подвод; Б - отвод охлаждающей воды; В - водяная полость выпускной коробки.

Втулка разгружена от осевых усилий, поэтому она опирается на блок специальным фланцем 1, прикреплена к нему только четырьмя небольшими шпильками и может свободно расширяться при повышении температуры в сторону, противоположную верхнему фланцу. В области камеры сгорания втулка усилена продольными рёбрами, которые значительно увеличивают также поверхность её охлаждения. На рёбра надета стальная рубашка, которая не только образует поверхность водяного охлаждения, но и усиливает втулку в наиболее опасном сечении в поясе максимального давления газа в цилиндре. Рубашки изготовляют из труб (сталь 40Х ГОСТ 4543 - 71) и термообрабатывают на твердость НВ 241 - 269. Надетая на втулку рубашка обеспечивает предварительное её сжатие в средней части и работает в ней совместно на растяжение. Полости охлаждения, образованные рубашкой, уплотняют резиновыми кольцами по ГОСТ 9833 - 73.

Изнашивание контактных поверхностей рёбер втулки и рубашки начинается от зоны отверстий для установки форсунок, развивается по периферии и достигает при пробеге 300-400 тыс. км 0,1-0,15 мм, превышая тепловой натяг между втулкой и рубашкой. Уровень напряжений в стенке втулки при таком зазоре может достигать 120-160 МПа (установлено тензометрированием), что превышает предел выносливости и приводит к образованию усталостных трещин от этих отверстий. Обычная затяжка гайки уплотнения втулки под форсунку (адаптера) создает дополнительные напряжения в этих местах 9-12 МПа, а в резьбе в 2-3 раза выше. Концентрация напряжений имеет место также в каналах между рёбрами. Предел выносливости чугуна втулок цилиндров 100 - 130 МПа. При потере натяга рубашки в эксплуатации в местах концентрации напряжений во втулке появляются трещины.

Тензометрирование рубашек, проведённое при испытании дизеля типа Д100 на режиме Nе = 1470 кВт; nд = 850 об/мин, показало, что напряжения в них имеют статическую и динамическую составляющие. Статическая составляющая возникает от усилий при напрессовке рубашки на втулку и из-за неодинаковых расширений втулки и рубашки вследствие различия их температур (при работе на полной мощности это создает усилие 36,6 МПа). С этими усилиями суммируются напряжения от затяжки адаптеров в стенке втулки и их уплотнений в отверстиях рубашки. Динамическая составляющая, появляющаяся под воздействием сил давления газов и передаваемая рубашке через втулку, достигает при работе дизеля на полной мощности 26,3 МПа. На кромке отверстия под адаптер с учетом коэффициента концентрации напряжения 2,97 эти напряжения возрастают соответственно до 108,8 и 78,1 МПа.

Как показывает опыт эксплуатации рубашки, трещины в местах концентрации напряжений носят коррозионно-усталостный характер. Коррозия и эрозия обусловливаются циркуляцией охлаждающей воды. Поверхностное коррозионное разрушение металла рубашки приводит к снижению её усталостной прочности. Поэтому рационально применение современных эффективных методов упрочнения рубашек, как, например, обкатывание роликами или дробеструйная обработка в сочетании с защитой металла от коррозии специальными защитными покрытиями.

Введены накатка роликами рубашек (внутри и снаружи) до сверления, отверстий под втулки форсунок и накатка этих отверстий и их кромок. Применяется новое защитное противокоррозионное покрытие на основе полимерных смол АГП616 взамен бакелита. Это покрытие обладает большей прочностью, лучшей вибростойкостью, эластичностью и адгезией. Несоблюдение в эксплуатации инструкций по водоподготовке влечет за собой повышенною агрессивность охлаждающей жидкости и увеличение трещин рубашек вследствие совместного действия коррозии и эрозии.

Важное значение в конструкции цилиндровых втулок двухтактных дизелей имеют органы распределения, продувочные и выпускные окна, форма которых должна обеспечивать заданное направление потока воздуха в цилиндре для получения хорошего качества очистки и необходимой степени завихрения для улучшения смесеобразования. Кромки окон закругляют для получения минимальных потерь давления воздуха при продувке.

Скорость изнашивания зеркала втулок цилиндра зависит в большой мере от температуры поверхностей трения, режимов работы дизеля, эффективности охлаждения, качества масла и топлива, запылённости атмосферного воздуха, качества его очистки и ряда других факторов. Температурное состояние втулки цилиндра дизеля Д100 на режиме номинальной мощности характеризуется распределением температур по длине зеркала (рис. 2).

Рисунок 2. Распределение температур во втулке цилиндра на глубине 2 мм от зеркала на режиме номинальной мощности дизеля 10Д100:

I - впускные окна; II - выпускные окна; 1 - при температуре воды на выходе из дизеля tв = 77 °С, выпускных газов tг = 350 °С; 2 - при температуре воды на выходе из дизеля tв = 95 °С, выпускных газов tг = 450 °С.

В средней части, т. е. в зоне сгорания, уровень температур примерно 210 °С. С удалением от средней части температура снижается примерно до 100 °С. В зоне впускных окон температура незначительно возрастает, а в зоне выпускных окон достигает приблизительно 240 °С. Значительный рост температуры в этом месте объясняется, с одной стороны, тем, что перемычки выпускных окон подвергаются воздействию горячих газов, вытекающих, особенно в первый период выпуска, со скоростями порядка 800 - 1000 м/с, с другой - отсутствием в этом поясе втулки непосредственного водяного охлаждения. При работе по позициям контроллера (тепловозной характеристики) температура втулки мало меняется до режима nд = 660 об/мин при Nеч = 173 кВт. Дальнейшее снижение частоты вращения вала дизеля ведет к более резкому падению температур, как это видно из графиков на рис. 1. Повышенные температуры в зоне выпускных окон и значительный перепад температур образуют корсетность выше пояса выпускных окон, что нередко приводит в этом месте к натирам и задирам. Повышение температуры воды на 10 °С вызывает рост температуры стенки втулки на 9 - 10 °С и перемычек выпускных окон на 3 - 4 °С. Уменьшение мощности на 7,0 кВт по нагрузочной характеристике снижает температуру стенки втулки на 4 - 5 °С. Снижение температуры продувочного воздуха на 1 °С уменьшает температуру стенки цилиндровой втулки в среднем на 0,5 °С.

Коэффициент теплоотдачи (при неизменном расходе охлаждающей воды) растет с увеличением частоты вращения, мало меняется по нагрузочной характеристике и достигает наибольшего значения в зоне перекладки поршня в в. м. т. Так, например, теплоотдача от стенки цилиндровой втулки дизеля Д100 к охлаждающей воде на режиме номинальной мощности характеризуется коэффициентом 16800 Вт/(м2 °С), что можно объяснить интенсивной вибрацией стенок.

Температура наружной поверхности рубашки равна средней температуре охлаждающей воды. На тепловую напряжённость втулки цилиндра значительное влияние оказывает нестабильность режима работы дизеля. При резком сбросе нагрузки скорость охлаждения стенки втулки равна 13 °С/с, при плавном сбросе нагрузки 5,2 °С/с. При резком наборе полной нагрузки в первые 10 с температура стабилизуется. При ступенчатом наборе позиций с задержкой по 2 с на каждой позиции нагрев стенок равен 7 °С/с (рис. 3).

Рисунок 3. изменение температур стенки втулки:

а - при сбросе нагрузки; б - при нагружении дизеля; 1 - плавном; 2 - резком.

Внутреннюю поверхность цилиндровых втулок хонингуют. Для улучшения маслоёмкости и прирабатываемости зеркало чугунных втулок фосфатируют. Перспективным способом упрочнения зеркала втулок цилиндра является закалка лучом лазера, получившая применение в тепловозных дизелях «General Motors» и осваиваемая в настоящее время ведущими дизелестроительными предприятиями страны. Для втулок дизелей используется молибденовый чугун повышенной прочности. Технические требования к чугуну для изготовления цилиндровых втулок должны соответствовать ГОСТ 7274 - 80. Этим же ГОСТом устанавливают требования к шероховатости обработки их рабочей поверхности, а также допуски на геометрические размеры и биение посадочных поясов. Каждая втулка должна выдержать гидравлические испытания (для дизелей типа Д100) на 1/3 длины хода поршня от оси форсунки в обе стороны на давление 1,5 pz. Механические свойства при испытании на изгиб: 7,0 МПа; f > 1,4 мм.

Заключение

Научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте неразрывно связан с развитием локомотивного хозяйства, на его долю приходится свыше 36% эксплуатационных расходов, затрачиваемых на перевозки грузов и пассажиров. Локомотивное хозяйство предназначено обеспечивать заданный государственным планом размер перевозок народнохозяйственных грузов и пассажиров исправными локомотивами, снабженными топливом, песком, водой, смазочными и другими экипировочными материалами, а также укомплектованными обслуживающими локомотивными бригадами.

Список использованных источников

1. Симсон А.Э., Хомич А.З., Куриц А.А. Тепловозные ДВС М.: Транспорт, 1987. - 536 с.

2. Пойда А.А., Хуторянский Н.М., Кононов В.Е. Тепловозы. Механическое оборудование. Устройство и ремонт: Учебник для тех. школ, учебное пособие для СПТУ М.: Транспорт, 1986. - 328 с.

3. СТП ОмГУПС-1.2-02. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Общие требования и правила оформления. Омск 2002.

Размещено на Allbest.ru