Будова і ремонт тепловоза
Тема: Колінчатий вал дизеля
Колінчастий вал відноситься до числа найбільш відповідальних, напружених і дорогих деталей двигуна. Вартість виготовлення вала може досягати 30% вартості виготовлення всього двигуна.
В процесі роботи двигуна колінчастий вал навантажується силами тиску газів, а також силами інерції деталей, що обертаються та рухаються поступально. Ці сили викликають значні напруження крутіння, вигинні напруження і крутильні коливання, внаслідок чого шийки вала відчувають змінний тиск, який викликає значну роботу тертя і знос шийок. Тому колінчастий вал повинен мати високу міцність, твердість і зносостійкість тертьових поверхонь при відносно невеликій масі, що становить не більше 15% маси двигуна. Колінчасті вали виготовляються з якісних вуглецевих або легованих сталей куванням або штампуванням, а також литтям з високоякісного чавуну або сталі.
Шатунно-кривошипний механізм перетворює енергію газів, що утворилися при згорянні палива усередині циліндра, в механічну енергію, що віддається споживачам. До механізму відносяться колінчастий вал, поршні з кільцями, поршневі пальці і шатуни з шатунними підшипниками.
Колінчастий вал
Колінчастий вал (мал. 24) через шатуни сприймає зусилля від поршнів і передає їх у вигляді крутного моменту якоря тягового генератора і допоміжним агрегатів.
Вал, викуваний з високоякісної сталі, має сім корінних I - VII (діаметром 240 мм) і шість шатунних 1-6 (діаметром 210 мм) шийок. Шатунні шийки разом зі щоками 25 і двома сусідніми корінними шийками утворюють кривошипи (коліна), розташовані в трьох площинах під кутом 120° між ними. Перехід від корінних шийок до щік зроблений плавним (радіус 12 мм). Для зменшення маси корінні і шатунні шийки виконані порожнистими. Порожнини шийок (крім сьомої корінної) з обох сторін закриті кришками 21, стягнутими шпильками 22. Кришки встановлюють в розточеннях шийок і ущільнюють алюмінієвими кільцями.
У корінних і шатунних шийках зроблені радіальні отвори а і б діаметром 18 мм, а в щоках просвердлені похилі канали в такого ж діаметру для проходу масла від першої корінної шийки до першої шатунної, від другої корінної - до другої шатунної і т. д. У сьомій корінній шийці замість радіального отвору зроблено свердління діаметром 12 мм і глибиною 15 мм під пристосування для виїмки нижнього вкладиша сьомого корінного підшипника.
Для кращого балансування колінчастий вал забезпечений дванадцятьма противагами (контрвантажами) 19. Кожна противага масою 42 кг закріплена на щоці за допомогою похилих поверхонь і двох розпірних болтів 20, головки яких пов'язані дротом.
Сьома корінна шийка має фасонний борт 17, в кільцеву проточку якого входить своїм конічним заплечиком роз'ємна шестерня 16 приводу розподільного вала (z = 74). Щодо колінчастого вала шестерня зафіксована призматичною шпонкою 18 і закріплена хомутом 14, що складається з двох частин, стягнутих двома болтами 15. Своєю конічної поверхнею хомут притискає шестерню 16 до борту колінчастого вала.
Вал закінчується масивним циліндричним фланцем 8, в якому просвердлені дванадцять отворів під болти 13 для з'єднання з якорем тягового генератора, два отвори з різьбленням М20 під віджимні болти і один отвір під штифт 23. Фланець 8 проходить через отвір в роз'ємному корпусі 10 привода розподільного вала. Для запобігання витікання масла з порожнини корпусу передбачено спеціальне ущільнення, що складається з двох лабіринтів - рухомого і нерухомого. Рухомий лабіринт 11 являє собою алюмінієве кільце, яке вставляється в кільцеву проточку з внутрішньої сторони фланця 8 і кріпиться до нього шістнадцятьма болтами 24. Нерухомий лабіринт 12 виконаний роз'ємним і кріпиться дванадцятьма болтами 9 до зовнішнього торця корпусу приводу розподільного вала.
Масло, що просочилося через ущільнення, потрапляє в кільцеву канавку г на внутрішній поверхні нерухомого лабіринту 12, в нижній частині якого зроблено свердління д, яке збігається з отвором е в корпусі приводу розподільного вала, і по трубці 26, прикріпленою до корпусу, стікає в раму дизеля.
На передньому кінці колінчастого вала знаходиться фланець 27 для кріплення антивібратора. До торця вала кріплять вісьмома болтами шестерню приводу насосів і повідковий вал приводу допоміжних агрегатів.
Мал. 24. Колінчастий вал:
І - VII - корінні шийки; 1-6 - шатунні шийки; 7 - якір тягового генератора; 8, 27 - фланці; 9, 13, 24 - болти; 10 - роз'ємний корпус приводу розподільного вала; 11- рухомий лабіринт; 12 - нерухомий лабіринт; 14 - хомут; 15 - стягнутий болт; 16 - роз'ємна шестерня;
17 - фасонний борт; 18 - призматична шпонка; 19 - противага; 20- розпірний болт;
21 - кришка; 22 - шпилька; 23 - штифт; 25 - щока; 26 - трубка; а, б, д, е - отвори;
в - похилий канал; г-кільцева канавка
Антивібратор
Обертальний момент колінчастого вала багатоциліндрового дизеля постійно змінюється. Під впливом нерівномірного обертального моменту колінчастий вал деформується: закручується і розкручується, тобто здійснює крутильні коливання. Зусилля, що передається від поршня через шатун на кривошип колінчастого вала, слід розглядати як збуджуючу силу, що викликає крутильні коливання. Частота дії вимушених коливань пропорційна частоті обертання колінчастого вала.
Якщо частота дії вимушених коливань співпаде з частотою власних коливань колінчастого вала, то настане резонанс (тобто амплітуда коливань збільшується до нескінченності, що призводить до руйнування валу). В діапазоні частот обертання колінчастого вала дизеля K6S310DR (0-835 об/хв.) колінчастому валу резонанс не загрожує. Однак при трьох значеннях частот обертання вала частота дії вимушених коливань в ціле число разів менше частоти власних коливань колінчастого вала, тобто початок дії вимушених коливань збігається з початком періоду крутильних коливань вала. Під дією такої сили амплітуда крутильних коливань колінчастого вала збільшується, що може викликати втомні руйнування валу. Для гасіння цих небезпечних крутильних коливань служить антивібратор, змонтований на передньому кінці колінчастого вала.
Антивібратор (рис. 25) складається з несучого диска 3 і чотирьох маятників 1, вільно підвішених до диска за допомогою пальців 2. Несучий диск п'ятнадцятьма болтами 10 (М22) прикріплений до переднього фланця колінчастого вала 5. Маятник 1 виконаний з двох сталевих боковин в товщиною 34 мм, з'єднаних між собою за допомогою стержня а й проставки б, які приварені до боковин. Маса кожного маятника 17,6 кг.
У боковинах маятників і несучому диску зроблені отвори діаметром 72 мм, в які запресовані сталеві змінні втулки 7 і 8 з внутрішнім діаметром 60 мм. Втулки 7 і 8 мають борт, яким вони при запресовуванні впираються в виточки несучого диска і боковин. Втулки 7 запресовують в несучий диск по черзі з однієї й іншої сторони. Додатково вони фіксуються стопорними кільцями, що входять в канавки, проточених на поверхні втулок.
Рис. 25. Антивібратор:
1- маятник; 2 - палець; 3 - несучий диск; 4 - опора першого корінного підшипника;
5 - колінчастий вал; 6 - кришка першого корінного підшипника; 7, 8 - втулки; 9-кришка; 10 - болт; 11 - повідковий вал; 12 - шестерня приводу насосів; а - стрижень;
б - проставка; в – боковина
Через втулки 7 і 8 вільно проходять сталеві пальці 2, на яких підвішені маятники. Осьове переміщення пальців обмежена кришками 9, що входять в виточки боковин і прикріпленими дванадцятьма болтами М8. Діаметр пальців менше внутрішнього діаметра втулок, причому чотири пальці мають діаметр 53,75 мм, два пальця - діаметр 52,6 мм і два пальці - діаметр 57,25 мм.
Колінчастий вал дизеля K6S310DR потребує захисту від небезпечних крутильних коливань при трьох значеннях частоти обертання валу. Тому з чотирьох маятників два налаштовують на однакову частоту, для чого їх підвішують до несучого диску діаметрально протилежно на пальцях однакового діаметра 53,75 мм. Втулки і пальці антивібратора змащуються маслом, що надходять з нижнього масляного колектора на змазування шестерень приводу насосів.
Якщо небезпечних крутильних коливань немає, то маятники не коливаються, а обертаються разом з несучим диском подібно маховика. При певній частоті обертання колінчастого вала виникає збуджуюча сила, що викликає небезпечні крутильні коливання. Налаштований на цю частоту маятник (частота його власних коливань дорівнює частоті дії вимушених коливань) починає гойдатися і гасити коливання колінчастого вала.
Завдання на дистанційне навчання:
Прочитати, законспектувати і вивчити.
Конспекти присилати на вайбер 0669797045
