Construction, maintenance and repair of rolling stock (diesel locomotives and diesel trains) 9785907055889

Citation preview

Т.Ш. Мукушев

КОНСТРУКЦИЯ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА (ТЕПЛОВОЗЫ И ДИЗЕЛЬ-ПОЕЗДА) Тема 1.3. Энергетические установки тепловозов и дизель-поездов Рекомендовано Экспертным советом Федерального учебно-методического объединения в системе среднего профессионального образования по укрупненной группе профессий, специальностей 23.00.00 «Техника и технологии наземного транспорта» в качестве учебного пособия для использования в учебном процессе образовательных организаций и учреждений, реализующих программы по специальности 19.06.23 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог». Регистрационный номер экспертного заключения 69 от 26 июля 2018 г.

Москва 2019

УДК 629.42 ББК 39.235 М90 Р е ц е н з е н т: начальник сервисного локомотивного депо Московка Н.Г. Стиранивский

Мукушев Т.Ш. М90 Конструкция, техническое обслуживание и ремонт подвижного состава (тепловозы и дизель-поезда). Тема 1.3. Энергетические установки тепловозов и дизель-поездов: учеб. пособие. — М.: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2019. — 240 с. ISBN 978-5-907055-88-9 Данное учебное пособие разработано в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования по специальности и примерной программой профессионального модуля ПМ. ПМ.01. 01. «Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава (тепловозы и дизель-поезда) специальности 19.06.23 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог». В учебном пособии изложены основные понятия технической термодинамики, характеристика рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания, устройство, вопросы технического обслуживания, основные неисправности в эксплуатации энергетических установок и методы их выявления. Пособие предназначено для студентов техникумов и колледжей железнодорожного транспорта. Оно может быть полезно также работникам депо, связанным с эксплуатацией, текущим содержанием и ремонтом тепловозов и дизель-поездов.

УДК 629.4 ББК 39.235

ISBN 978-5-907055-88-9

© Мукушев Т.Ш., 2019 © ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2019

Список сокращений в.м.т. — верхняя (или внутренняя) мертвая точка — положение поршня при максимальном удалении от вала ГТД — поршневые газотурбинные двигатели ДВС — поршневые двигатели внутреннего сгорания н.м.т. — нижняя (или наружная) мертвая точка — наиболее близкое к валу положение поршня ПТОЛ — пункт технического обслуживания локомотивов САРТ — система автоматического регулирования температуры ТНВД — топливный насос высокого давления

Введение Двигатели внутреннего сгорания принадлежат к наиболее распространенному и многочисленному классу тепловых двигателей, т.е. таких двигателей, в которых тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию непосредственно внутри двигателя. К двигателям внутреннего сгорания относятся поршневые и газотурбинные двигатели. Топливо и воздух, необходимые для сгорания в поршневом двигателе, вводятся в объем цилиндра двигателя, ограниченный крышкой, стенками цилиндра и поршнем. Образующиеся при сгорании газы, имеющие высокую температуру, создают давление на поршень и перемещают его в цилиндре. Поступательное движение поршня через шатун передается колену вала, установленного в блоке, и преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. В газовых турбинах топливо сжигается в специальной камере сгорания. Топливо в нее подается насосом через форсунку. Воздух, необходимый для горения, нагнетается в камеру сгорания с помощью компрессора, установленного на одном валу с газовой турбиной. Продукты сгорания через направляющий аппарат поступают на лопатки рабочего колеса турбины. Газовые турбины, имеющие только вращающиеся детали, могут работать с высокой частотой вращения. Кроме того, на лопатках турбины можно более полно использовать энергию горячих газов. Основным недостатком газовых турбин является сравнительно невысокая экономичность и работа лопаток в среде газа с высокой температурой. Газовые турбины широко используются в качестве агрегатов воздухоснабжения в поршневых двигателях, а также как самостоятельные силовые установки. Наиболее экономичны поршневые двигатели внутреннего сгорания. Коэффициент полезного действия лучших образцов двигателей 0,43, в то время как к.п.д. лучших газотурбинных двигателей не превышает 0,35.

4

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТ СТАНО АНОВКАХ ВКАХ 1.1. Основы работы двига двигателей телей внутреннего сгорания Тепловые двигатели — это машины, в которых химическая энергия топлива преобразуется сначала в тепловую энергию, а затем в механическую работу. К тепловым двигателям относятся паровые машины, паровые турбины, поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинные двигатели (ГТД), комбинированные турбо-поршневые двигатели, реактивные двигатели. Особенность применяемых на тепловозах двигателей внутреннего сгорания поршневого типа состоит в том, что превращение химической энергии в тепловую, совершающееся при сгорании топлива, происходит непосредственно в самом рабочем цилиндре в течение очень короткого времени (тысячных долей секунды) при высоких температурах. Это и обусловливает преимущества поршневых ДВС — малые тепловые и гидравлические потери и высокий коэффициент полезного действия, а также компактность. Процесс превращения тепла в двигателях внутреннего сгорания в работу можно проследить по схеме, изображенной на рис. 1.1. Поступивший в цилиндр двигателя через клапан 5 воздух сжимается поршнем и нагревается при этом до температуры 600–650 °С, что выше температуры самовоспламенения распыленного жидкого топлива. Рис. 1.1. Принципиальная схема В конце сжатия в нагретый воздух двигателя внутреннего сгорания 5

впрыскивается через форсунку 4 топливо, которое воспламеняется и сгорает. В результате сгорания топлива в цилиндре 2 образуются газы с высокой температурой и давлением. Под давлением газов поршень 1 перемещается вниз и совершает работу. Во время расширения температура и давление газов понижаются. Отдав часть тепла на совершение работы, отработавшие газы выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан 3 при движении поршня 1 вверх, а свежий воздух вновь поступает в цилиндр. Затем все повторяется снова. Двигатели внутреннего сгорания имеют шатунно-кривошипный механизм, состоящий из поршня 1, шатуна 6, кривошипа 7 и вала 8. Этот механизм преобразует возвратнопоступательное движение поршня во вращательное движение вала. Поршень возвратно перемещается в цилиндре между двумя крайними положениями. Положение поршня при максимальном удалении от вала называется верхней (или внутренней) мертвой точкой (в.м.т.). Наиболее близкое к валу положение поршня называется нижней (или наружной) мертвой точкой (н.м.т.). Величина хода поршня S определяется расстоянием между этими точками и равна длине двух радиусов кривошипа — 2R. Каждому ходу поршня соответствует поворот кривошипа на 180°, т. е. за один оборот вала поршень делает два хода. Объем, занимаемый газами в цилиндре при положении поршня в в.м.т., называется объемом камеры сжатия и обозначается c. V Объем между в.м.т. и н.м.т. называется рабочим объемом цилиндра и обозначается hV. Рабочий объем цилиндра равен произведению площади поперечного сечения цилиндра на ход поршня: Vh = ϖD 2S/4 (здесь D — диаметр цилиндра). Полный объем цилиндра Va равен сумме V h и Vс. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия ε. Преобразование внутренней химической энергии топлива в механическую энергию в двигателе осуществляется при помощи газообразного рабочего тела, качество и количество которого в процессе циклически изменяются. Совокупность изменений рабочего тела в цилиндре двигателя и в смежных с цилиндром системах, служащих для ввода рабочего тела (или составных его частей) и удаления его, называется рабочим процессом двигателя. 6

Периодически повторяющаяся в цилиндре последовательность частей рабочего процесса (заполнение свежим зарядом, сжатие, горение, расширение и удаление продуктов горения) называется рабочим циклом двигателя. Часть цикла, протекающая между двумя смежными положениями поршня в мертвых точках или соответствующая изменению объема цилиндра между наибольшим и наименьшим значениями, называется тактом. В двигателе с одним поршнем в цилиндре такт происходит за один ход поршня. В четырехтактном двигателе, изображенном на рис. 1.2, а, цикл протекает за четыре хода поршня. При движении поршня 7 вниз от в.м.т. и открытом клапане 4 цилиндр заполняется воздухом (I такт — наполнение). Далее воздух сжимается движущимся вверх поршнем при закрытых клапанах 4 и 6 (II такт — сжатие). В конце сжатия форсункой 5 впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется от высокой температуры воздуха. Поршень

Рис. 1.2. Схемы двигателей внутреннего сгорания: а — четырехтактного дизеля; б — двухтактного дизеля с клапанно-щелевой продувкой

7

под воздействием давления расширяющихся газов движется вниз (III такт — рабочий ход). IV такт является тактом выпуска отработавших газов. Поршень движется вверх, и через открытый клапан 6 газы выталкиваются из цилиндра. Далее начинается новый цикл и т. д. Несколько иначе протекает рабочий цикл двухтактного дизеля (рис. 1.2, б). Устройство этого двигателя отличается от предыдущего тем, что в крышке цилиндра есть только выпускные клапаны 6, а в стенках цилиндра 3 — впускные окна 11, через которые в цилиндр может поступать свежий воздух. Эти окна открываются самим поршнем при его движении в цилиндре. При движении поршня вверх из крайнего нижнего положения сначала в цилиндр под некоторым избыточным давлением от нагнетателя поступает воздух через окна 11, затем в цилиндре происходит процесс сжатия воздуха. Давление и температура воздуха в цилиндре растут (I такт). В конце такта форсункой 5 впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется вследствие высокой температуры воздуха и сгорает. Давление газов в цилиндре резко повышается. Под давлением газов поршень из верхнего положения перемещается в нижнее, совершая полезную механическую работу (II такт — рабочий). В конце такта сначала открываются выпускные клапаны 6. Отработавшие газы выходят из цилиндра в выпускной коллектор. Давление их в цилиндре падает. При дальнейшем продвижении вниз поршень откроет продувочные окна 11 и свежий воздух начнет поступать в цилиндр двигателя. Происходят продувка и наполнение цилиндра воздухом. Таким образом, у двухтактного двигателя рабочий цикл совершается за два хода поршня, или за один оборот вала.

1.2. Классификация двига двигателей телей внутреннего сгорания Двигатели внутреннего сгорания могут быть классифицированы по следующим основным признакам. По числу тактов рабочего цикла различают двигатели четырехи двухтактные. По роду применяемого топлива бывают двигатели: легкого жидкого топлива (бензин), тяжелого жидкого топлива (дизельное топливо) и газовые. 8

По способу смесеобразования, т.е. процесса приготовления горючей смеси, различают двигатели: • с внутренним смесеобразованием, в которых рабочая смесь образуется внутри рабочего цилиндра в результате распыливания топлива форсункой — дизели; • с внешним смесеобразованием, в которых горючая смесь, состоящая из паров жидкого легкого топлива с воздухом или из газа с воздухом, образуется вне рабочего цилиндра — карбюраторные и газовые двигатели. По способу воспламенения рабочей смеси: с самовоспламенением топлива (дизели), в которых впрыскиваемое в камеру сгорания жидкое топливо воспламеняется вследствие высокой температуры воздуха в конце сжатия; с принудительным зажиганием, в которых воспламенение горючей смеси происходит в результате зажигания ее от постороннего источника (электрической искры),— карбюраторные и газовые двигатели. По роду рабочего цикла по аналогии с идеальными циклами различают двигатели: с подводом теплоты при постоянном объеме (V = const) — двигатели, имеющие сравнительно низкую степень сжатия (ε = 5 – 7) и принудительное зажигание топлива (карбюраторные и газовые); с подводом теплоты при постоянном давлении (p = const) — двигатели, имеющие более высокую степень сжатия (ε = 12 – 14), с воздушным распыливанием и самовоспламенением топлива — компрессорные дизели (в настоящее время такие двигатели не применяют); со смешанным подводом теплоты — частью при постоянном объеме, а потом при постоянном давлении — двигатели с высокой степенью сжатия (ε = 12 – 18) — бескомпрессорные дизели. К этому типу дизелей относятся современные тепловозные ДВС. Таким образом, тепловозные ДВС — это бескомирессорные дизели с самовоспламенением топлива и внутренним смесеобразованием, работающие на дизельном топливе по смешанному циклу. По расположению рабочих цилиндров различают двигатели вертикальные, горизонтальные; одно- и двухрядные; с параллельно расположенными цилиндрами и V-образные; двигатели с расходящимися поршнями (с двумя и более коленчатыми валами). По способу охлаждения цилиндров бывают двигатели с водяным и воздушным охлаждением. 9

Дизельные двигатели, кроме того, классифицируются по способу наполнения рабочего цилиндра. Используют двигатели без наддува, у которых всасывание воздуха осуществляется непосредственно поршнем (четырехтактные) или заполнение цилиндра происходит продувочным воздухом с давлением, необходимым лишь для осуществления процесса смены заряда (двухтактные), и двигатели с наддувом, у которых воздух подается в цилиндр под давлением специального нагнетателя. Современные тепловозные двигатели представляют собой многоцилиндровые, двух- или четырехтактные дизели средней быстроходности, с водяным охлаждением и, как правило, с наддувом воздуха. Иногда применяются и быстроходные четырехтактные дизели. Согласно стандарту каждый двигатель характеризуется условным обозначением, включающим в себя (в последовательном порядке) число цилиндров; буквы, характеризующие тип двигателя (Ч — четырехтактный, Д — двухтактный, Н — с наддувом); численные значения диаметра цилиндра и хода поршня (в сантиметрах в виде дроби). Заводы-изготовители, кроме того, обычно присваивают свои условные заводские обозначения (ПД ПД1, 1, 10Д100, М756 и т.д.). Дизель 10Д100 обозначается 10ДН20,7/2 ×25,4, дизель 6Д70— 6ЧН24/27, дизель 5Д 49—16ЧН26/26.

1.3. Способы зажигания топлива По способу воспламенения топлива поршневые ДВС делятся на двигатели с принудительным зажиганием (низкого сжатия) и с самовоспламенением (высокого сжатия) — дизели. На тепловозах применяются исключительно двигатели высокого сжатия — дизели типов: Д100, Д45, Д50, М750, Д49, Д70. Они значительно экономичнее и мощнее, чем двигатели низкого сжатия. Двигатели низкого сжатия работают на легком топливе (бензине и керосине). В этих двигателях в цилиндры засасывается не воздух, а рабочая смесь (пары бензина и воздух). Смесь сжимается до температуры, меньшей, чем температура ее самовоспламенения, поэтому зажигание смеси осуществляется принудительно от постороннего источника. В большинстве случаев применяется электрическое зажигание: в цилиндр двигателя вставляют электрическую свечу, включенную в цепь высокого напряжения. В определенный момент цепь тока высокого напряжения замыкается, 10

вследствие чего между электродами свечи возникает искра, которая и воспламеняет рабочую смесь в цилиндре. Двигатели низкого сжатия устанавливают на автомобилях. В цилиндры двигателей высокого сжатия поступает чистый воздух, который и сжимается. В конце сжатия, когда температура воздуха будет достаточно высокой, топливо в распыленном виде впрыскивается через форсунку в цилиндр и воспламеняется.

1.4. Способы смесеобразования в дизелях По способу образования горючей смеси (смесеобразования) дизели делятся на однокамерные — со струйным распыливанием (рис. 1.3, а) и двухкамерные, которые подразделяются на вихрекамерные с выносной камерой в крышке (рис. 1.3, б), предкамерные (рис. 1.3, в) и с камерой в поршне (рис. 1.3, г). Наибольшее распространение получили дизели со струйным распыливанием, так как при этом способе смесеобразования расход топлива (при нормальных нагрузках) наименьший. Особенно такие двигатели экономичны при мало изменяющихся нагрузках и частотах вращения. Однако при переменных режимах работы у этих двигателей проявляются существенные недостатки. На малых нагрузках и холостом ходу у них ухудшаются распыливание топлива и перемешивание его с воздухом. Кроме того, дизели со струйным распыливанием требуют высококачественного топлива и очень точного изготовления и хорошего содержания топливной аппаратуры. На тепловозах применяются, как правило, дизели с однокамерным струйным смесеобразованием. На таких дизелях установлены топливные насосы (секции) плунжерного типа высокого давления

Рис. 1.3. Схемы способов распыливания топлива и смесеобразования: а — струйное; б — вихрекамерное; в — предкамерное; г — объемно-пленочное; 1 — форсунка; 2 — поршень

11

(до 90 МПа) и форсунки закрытого типа. При нагнетании топлива игла форсунки поднимается и топливо под высоким давлением через отверстия в распылителе диаметром 0,30—0,40 мм впрыскивается в камеру сгорания в виде мельчайших капель, которые перемешиваются с воздухом, воспламеняются и сгорают. Величина порции впрыснутого топлива в цилиндр изменяется поворотом плунжера. Управляет величиной подачи регулятор дизеля. Для образования качественной смеси топлива с воздухом при струйном смесеобразовании необходимо правильно выбирать форму камеры сжатия в соответствии с направлением, количеством и дальнобойностью топливных струй, мелкостью распыливания топлива и вихревыми движениями воздуха в камере. Сущность двухкамерного смесеобразования (см. рис. 1.3, б и в) заключается в том, что при ходе поршня к верхнему положению сжатый воздух из цилиндра с объемом цVперетекает в выносную камеру объемом V в. Выносная камера может иметь объем 20–60% общего объема камеры сжатия cV . Благодаря тангенциальному направлению соединительного канала воздух, вытесняемый поршнем в вихревую камеру (см. рис. 1.3, б), получает вращательное движение, что способствует хорошему перемешиванию воздуха с впрыскиваемым топливом. В дизелях с предкамерным смесеобразованием (см. рис. 1.3, в) во время сжатия воздух перетекает в предкамеру, куда при невысоком давлении (7—10 МПа) впрыскивается дизельное топливо. Здесь топливо воспламеняется и частично сгорает. Все топливо в предкамере сгорать не может, так как для этого не хватает воздуха. В результате частичного сгорания топлива давление в предкамере быстро возрастает, и газы вместе с несгоревшим топливом выбрасываются в цилиндр, где происходит догорание топлива. Таким образом, хорошее смешение топлива с воздухом обеспечивается тут в основном потоком горячего газа. При двухкамерном смесеобразовании, как правило, применяются простые и надежные в работе насосы и форсунки. Однако вследствие больших поверхностей охлаждения имеют место повышенные тепловые потери, а также потери энергии при перетекании воздуха и продуктов сгорания через соединительные каналы. Поэтому дизели с двухкамерным смесеобразованием имеют невысокую экономичность. 12

В двигателях с камерой в поршне (см. рис. 1.3, г) осуществляется объемно-пленочное смесеобразование. Хорошее качество процесса достигается тем, что факел топлива направляется на горячие стенки поршня и делится на две части: меньшая — распыливается в пространстве камеры, а большая, попадая на внутренние стенки камеры поршня, образует тонкую пленку. Создаваемые в процессе движения поршня потоки воздуха как бы сдувают со стенок камеры пары топлива, которые хорошо перемешиваются с воздухом и сгорают. При двухкамерном смесеобразовании качество смеси и ее сгорание мало зависят от нагрузочного и скоростного режима работы двигателя.

1.5. Наддув дизелей На современных мощных четырехтактных и двухтактных дизелях применяется наддув для повышения их мощности и тепловой экономичности. Сущность наддува состоит в том, что воздух в цилиндры дизеля не засасывается из атмосферы, а нагнетается турбокомпрессором или нагнетателем, приводимым от вала двигателя. Благодаря наддуву в цилиндры подается на каждый рабочий цикл больше воздуха, чем при всасывании, что одновременно позволяет также подавать в цилиндры и сжигать большее количество топлива, а следовательно, получать при тех же размерах цилиндров и той же частоте вращения вала дизеля большую мощность. Установлено, что мощность дизеля возрастает примерно пропорционально давлению наддувочного воздуха. Таким образом, наддув позволяет почти при тех же размерах и массе двигателя увеличить его мощность в 2—3 раза. При сжатии в нагнетателе воздух нагревается, его удельный объем возрастает, что в значительной степени уменьшает воздушный заряд в цилиндре. Поэтому в дизелях со средним и высоким наддувом обязательно применяют охлаждение наддувочного воздуха перед поступлением его в цилиндры. Охлаждение воздуха на каждые 10 °С дает увеличение мощности дизеля на 3—4% и снижение удельного расхода топлива примерно на 1,5—2 г/(кВт·ч). Экономичность дизелей с наддувом повышается вследствие увеличения механического коэффициента полезного действия и дополнительного использования тепла отработавших газов. 13

Давления сжатия и сгорания в цилиндре также возрастают. Температура же горения и тепловая напряженность дизеля остаются почти неизменными. Существуют три способа наддува дизелей: нагнетателем, имеющим привод от вала дизеля (механический наддув), газотурбинный и комбинированный. Механический наддув. Нагнетатель 5 (рис. 1.4) приводится во вращение через редуктор 6 от коленчатого вала. Воздух засасывается нагнетателем из атмосферы и через впускной клапан 4 нагнетается в цилиндр. Недостаток такого способа наддува состоит в том, что количество подаваемого в цилиндр воздуха зависит от частоты вращения вала дизеля, а не от нагрузки, т.е. подача воздуха в цилиндр при данной частоте вращения вала будет одинакова на холостом ходу и при полной нагрузРис. 1.4. Схема наддува дизеля ке. Так осуществляется воздухоснабс механическим приводом воз- жение в дизеле 2Д100. Для правильной же организации рабочего продушного нагнетателя: 1 — цилиндр дизеля; 2 — пор- цесса дизеля необходимо, чтобы под шень; 3 — клапан выпускной; нагрузкой подавалось воздуха боль4 — клапан впускной; 5 — наше, чем на холостом ходу. Это осогнетатель центробежный; 6 — бенно важно для тепловозных двигаредуктор телей. Кроме того, на привод нагнетателя при этом способе наддува расходуется часть полезной мощности дизеля, поэтому экономичность двигателя повышается мало. Газотурбинный наддув. В четырехтактном дизеле с газотурбинным наддувом (рис. 1.5) отработавшие газы, пройдя выпускной клапан 4, поступают на газовое колесо турбины 1 и, совершив работу, выбрасываются в атмосферу. На одном валу с турбиной находится крыльчатка центробежного нагнетателя 2, который забирает воздух из атмосферы, сжимает его до давления к ир через впускной клапан 3 нагнетает в цилиндр. При газотурбинном наддуве количество воздуха, подаваемого в цилиндры, будет тем больше, чем больше внешняя нагрузка на дизель, так как в этом случае через турбину пройдет боль14

шее количество отработавших газов, имеющих более высокую температуру; частота вращения ее увеличится, а следовательно, возрастет и подача нагнетателя. Это свойство дизеля с газотурбинным наддувом для тепловозов особенно ценно, так как этим достигается «саморегулирование» дизеля. Кроме того, при газотурбинном наддуве благодаря дополнительному использованию тепла отработавших газов повышается коэффициент по- Рис. 1.5. Схема дизеля с газотурбинным наддувом: лезного действия двигателя. Газотур- 1 — турбина газовая; 2 — набинный наддув применен в четырех- гнетатель центробежный: 3 — тактных тепловозных дизелях типов клапан впускной; 5 — цилиндр; 6 — поршень Д70, Д49, ПД ПД1М, 1М, М756, K6S310DR. Комбинированный наддув. Комбинированный (двухступенчатый) наддув (рис. 1.6) применяется в двухтактных дизелях в том случае, когда воздух необходимо сжать до сравнительно высокого давления (0,2–0,3) МПа. Одного нагнетателя 5, приводимого от газовой турбины, оказывается недостаточно для обеспечения дизеля воздухом требуемых параметров, особенно на пониженных нагрузках, так как температура выпускных газов пеРис. 1.6. Схема дизеля с комбиред турбиной у двухтактного дизеля нированным (двухступенчатым) ниже, чем у четырехтактного, вследнаддувом: ствие интенсивной продувки цилин- 1 — поршень; 2 — цилиндр дидров воздухом. Поэтому в двухтакт- зеля; 3 — клапаны выпускные; ных дизелях применяют вторую сту- 4 — газовая турбина; 5 — напень сжатия воздуха в нагнетателе 7,гнетатель первой ступени; 6 — который имеет механический привод воздухоотделитель; 7 — нагнетатель второй ступени; 8 — редук(через редуктор 8) от вала двигателя.тор привода нагнетателя второй При сжатии в первой ступени (тур- ступени; 9 — кривошип; 10 — бонагнетателе) воздух нагревается до наддувочный коллектор 15

высокой температуры (100–150 °С), что уменьшает воздушный заряд цилиндра и, следовательно, мощность и экономичность дизеля. Чтобы избежать этого, после нагнетателя 5 воздух направляется в охладитель 6, где он охлаждается до 50–60 °С. Работа дизеля с двухступенчатым наддувом протекает следующим образом. При работе под нагрузкой газовая турбина 4 вращает колесо нагнетателя 5 с большой частотой (15 000—20 000 об/мин), вследствие чего нагнетатель засасывает воздух из атмосферы и под давлением 0,2—0,25 МПа подает его в охладитель и далее в приводной нагнетатель. В этом нагнетателе воздух дополнительно сжимается еще на 0,03—0,05 МПа и через наддувочный коллектор и впускные окна подается в цилиндр дизеля. Во время пуска дизеля, когда газовая турбина не работает, приводной нагнетатель 7 засасывает воздух из атмосферы через нагнетатель 5 и охладитель 6 и подает его в дизель. Комбинированный двухступенчатый наддув применен в двухтактных тепловозных дизелях 10Д 100, 11Д45. 14Д40. В четырехтактных дизелях нагнетатель, приводимый от коленчатого вала, не нужен, так как энергии отработавших газов достаточно для сжатия воздуха до необходимого давления в турбокомпрессоре при всех скоростных и нагрузочных режимах работы.

Глава 2. ТЕО ТЕОРИЯ РИЯ ТЕПЛ ТЕПЛООБМЕНА ООБМЕНА 2.1. Основные термодинамические процессы и циклы Параметры состояния рабочего тела. Рабочие тела (теплоносители), используемые в тепловых двигателях, находятся в газообразном состоянии (воздух, смесь воздуха с топливом, продукты сгорания топлива). Величины, характеризующие физическое состояние рабочего тела, называются термодинамическими параметрами состояния. Основные параметры состояния рабочего тела: удельный объем, давление и температура. Удельный объем v — первый параметр — представляет собой объем единицы массы вещества, обычно 1 кг. Второй термодинамический параметр — давление (абсолютное) р — есть сила, приходящаяся на единицу площади поверхности, окружающей газ. Давление по международной системе (СИ) измеряется в паскалях (Па), килопаскалях (кПа) и мегапаскалях (МПа), но встречается еще применение в качестве единицы давления килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см 2). Соотношение между этими единицами: 1 кгс/см 2 =98 000 Па = 98 кПа ≈ 0,1 МПа. Третий параметр — температура (абсолютная) Т — характеризует степень нагретости тела и измеряется в кельвинах (К). Между абсолютной температурой Т и температурой t, измеряемой по стоградусной шкале, существует зависимость: T = t + 273. Если хотя бы один из параметров меняется, то изменяется состояние рабочего тела, т. е. происходит термодинамический процесс. Термодинамические процессы. Совокупность изменяющихся состояний рабочего тела называется термодинамическим процессом. Процесс изменения состояния рабочего тела можно изобразить графически в координатах р –V (рис. 2.1), где р — давление рабочего тела в паскалях, a V — его удельный объем в метрах кубических на килограмм. Для идеального газа при переходе его из одного состояния в другое имеет место зависимость: pV = const = R. (2.1) T 17

Рис. 2.1. Графическое изображение процесса изменения состояния рабочего тела в координатах р – v: 1 — начальное состояние рабочего тела; 2 — конечное состояние рабочего тела

Постоянная R в этом уравнении называется газовой постоянной. Размерность этой величины Дж/(кг·К) или кгс·м/(кг·град). Уравнение pV = RT называется характеристическим уравнением, или уравнением состояния идеального газа Клайперона — Менделеева. Основные термодинамические процессы. Изменения состояния идеального газа, связанные с подводом или отводом теплоты или совершением работы, сводятся к изменению значений его параметров состояния. В большом числе возможных процессов изменения параметров, связанных уравнением состояния pV = RT RT,, можно выделить несколько основных, в которых какой-либо один из параметров состояния не меняет своего значения. В первую очередь можно указать на процесс при постоянном объеме (V = const) — изохорный, процесс при постоянном давлении (p = const) — изобарный, процесс при постоянной температуре (Т = const) — изотермический, процесс без теплообмена с внешней средой (q = 0)— адиабатный, процесс при постоянной теплоемкости (c = const) — политропный. Известно, что политропный процесс, обобщающий все тепловые процессы, описывается уравнением 1 n V= const или p = const, (2.2) рnv где п — показатель политропы.

Из этого уравнения, задаваясь разными численными значениями показателя п, можно получить уравнения основных (класси18

ческих) тепловых процессов, рассматриваемых в термодинамике, т.е. форма и положение кривых в системе координат pv зависят от показателя п. Если при подведении к рабочему телу тепла Q (или отведении тепла) процесс осуществляется при неизменном объеме (V = const), то показатель политропы имеет значение п=п=-∞ ∞ (или п = +∞ ): 11 = v =p0 v = const. (2.3) pnv p±∞ Так как всякое число в нулевой степени равно единице, то при n = ±∞ V = const. Такой процесс изменения состояния рабочего тела, при котором объем тела сохраняется постоянным, называется изохорным (1 на рис. 2.2). Если тепловой процесс осуществляется при постоянном давлении рабочего тела, то показатель n = 0: pVn = 0pV = const, (2.4) т.е. р = const (так как V0 =1). Такой процесс изменения состояния рабочего тела называется изобарным (2 на рис. 2.2). Если изменение состояния рабочего тела происходит таким образом, что остается постоянным третий основной параметр, характеризующий состояние тела, — температура Т, такой про-

Рис. 2.2. Диаграмма тепловых процессов в координатах p – V (давление – удельный объем): 1 — изохорный процесс (V = const;) 2 — изобарный процесс (p = const); 3 — изотермический процесс (T = const); 4 — адиабатный процесс (Q = 0); 5 — политропный процесс

19

цесс называется изотермическим. При этом показатель политропы n =1: pVn = рV = const, т. е. pV = const. Графическое изображение такого процесса в координатах pV представлено кривой 3 на рис. 2.2. Процесс изменения состояния рабочего тела протекает так, что отсутствует теплообмен между рабочим телом и внешней средой, т.е. тепло к рабочему телу не подводится (и не отводится от него), — такой процесс называется адиабатным; при этом уравнение адиабатного процесса, выраженное через переменные р и V, имеет вид pVk = const,

(2.5)

где k — показатель адиабаты; для двухатомных газов он равен примерно 1,4, для трехатомных 1,29—1,34. Графическое изображение такого процесса в координатах pV представлено кривой 4 на рис. 2.2. Непосредственным результатом большинства термодинамических процессов является деформация рабочего тела. Если при этом происходит увеличение его объема с преодолением внешних сил, то рабочее тело совершает работу. Чтобы уменьшить объем тела, необходимо затратить работу, которую совершают внешние силы. Таким образом, при переходе рабочего тела из одного состояния в другое выполняется внешняя работа, которой в координатах pv соответствует площадь, расположенная под линией процесса. Пусть начальное состояние газа в цилиндре (см. рис. 2.1) изображено точкой 1, а конечное — точкой 2. В начальном состоянии газ занимал объем V 1, имел давление 1p и температуру T 1; после расширения до точки 2 он стал занимать больший объем2,Vа давление газа р2 и температура T 2 стали меньше. В точке 1 газ содержал запас тепла Q 1, в точке 2 — Q 2. Таким образом, изменение состояния рабочего тела (газа) в координатах pv изображается в данном случае кривой 1–2. При этом объем газа увеличился, а давление и температура понизились. Количество тепла в газе уменьшилось на величину Q = Q1 – Q 2. Если предположить, что пространство, в котором происходило расширение газа, изолировано от внешней среды, т. е. тепло к газу не подводилось и не отводилось (адиабатический процесс), то ясно, что тепло Q1 – Q 2 было израсходовано на совершение внеш ней 20

работы L, которая в координатах pv изображается заштрихованной площадью, расположенной ниже линии 1–2. Эта работа, полученная за счет тепла Q, может быть выражена уравнением: R xT= −T , (2.6) n \1 12

()

где R — газовая постоянная.

Циклы двигателей внутреннего сгорания. Термодинамические процессы, в результате которых рабочее тело, проходя последовательно различные состояния, возвращается снова в первоначальное (исходное) состояние, называются замкнутыми процессами или циклами. Для того чтобы тепловой двигатель мог длительное время преобразовывать тепло в механическую работу, он должен работать по замкнутому термодинамическому циклу. В координатах р–V (так же, как и в любой другой системе координат, по осям которой отложены параметры состояния рабочего тела) такие циклы изображаются замкнутыми контурами (рис. 2.3). В процессе сжатия рабочего тела (адиабата ас) вся затраченная на сжатие работа идет на повышение внутренней энергии тела, т.е. его температуры. Подведенное тепло 1Qрасходуется частично на повышение температуры тела (в изохорном процессе су), а час-

Рис. 2.3. Диаграмма обобщенного идеального термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания: ас — сжатие рабочего тела; су — подвод тепла при постоянном объеме, yz — подвод тепла при постоянном давлении, zb — расширение рабочего тела; bа — отвод тепла при постоянном объеме

21

тично — на выполнение внешней работы (изобарный процесс yz). Из термодинамики известно, что чем выше наибольшая температура цикла (Тz), тем выше коэффициент полезного действия тепловой машины. В процессе расширения zb рабочего тела совершается работа по преодолению сопротивления внешних сил. Изохорный процесс bа соответствует отнятию тепла 2Qот рабочего тела (отвод тепла к «холодильнику»). Полезная работа L, полученная в идеальной тепловой машине, изображается площадью acy acyz zb, расположенной внутри диаграммы термодинамического цикла. Степень использования тепла в идеальном цикле называется термическим коэффициентом полезного действия тепловой машины: QQ L 12− η= = , (2.7) t QQ 11 т.е. термический к.п.д. есть отношение полезно использованного тепла к подведенному в идеальном цикле. Термодинамические циклы описывают работу идеальных тепловых машин, в которых тепло превращается в механическую работу наиболее совершенно, так как предполагается, что они работают без трения, без охлаждения стенок цилиндра, и не принимаются во внимание многие другие обстоятельства, имеющие место в реальных двигателях и понижающие степень совершенства преобразования в них теплоты в работу. Таким образом, изучение идеальных термодинамических циклов позволяет определить наибольшее возможное с термодинамической точки зрения значение коэффициента полезного действия превращения теплоты в механическую работу в рассматриваемых условиях. Идеальные циклы необходимы для сравнения с циклами действительных машин. По величине отклонения действительных циклов от идеальных судят о совершенстве использования тепла в реальных двигателях и намечают меры по их усовершенствованию.

2.2. Индикаторные Индикаторные диаграммы рабочего процесса четырех- и двухтактных дизелей Так же, как и диаграмму термодинамического цикла, можно изобразить в координатах р – V и действительный цикл двигателя внутреннего сгорания. Полученная при этом диаграмма называется индикаторной. 22

Диаграмма четырехтактного дизеля. Вначале рассмотрим рабочий цикл четырехтактного дизеля, не имеющего наддува. Первый такт — наполнение. Когда поршень дизеля двигается слева направо, открывается впускной клапан 3 (рис. 2.4) и воздух из атмосферы поступает в цилиндр. В двигателях без наддува процесс наполнения цилиндра происходит вследствие разрежения в нем, а давление воздуха в цилиндре достигает 0,085—0,09 МПа, поэтому линия наполнения цилиндра располагается ниже атмосферной (0,1 МПа). В действительности линия наполнения не прямая, так как на нее оказывают влияние неравномерность скорости движения поршня, фазы открытия и закрытия клапанов, конструкция входного патрубка и другие факторы. Для более полной зарядки цилиндра воздухом принимаются меры к снижению сопротивления проходу воздуха в цилиндр. Качество зарядки цилиндра оценивается коэффициентом наполнения ηv, который обычно равен 0,80—0,88. Это значит, что цилиндр дизеля наполняется воздухом только на 80—88 % по сравнению с тем количеством воздуха, которое поместилось бы в рабочем объеме цилиндра при нормальных условиях окружающей среды. Коэффициент наполнения зависит главным образом от температуры и давления воздуха в точке а (см. рис. 2.4). Чем выше давление и чем ниже температура воздуха в точке а, тем больше коэффициент наполнения (рис. 2.5).

Рис. 2.4. Диаграмма рабочего цикла четырехтактного дизеля и схема его устройства: 1 — поршень; 2 — цилиндр; 3 — впускной клапан; 4 — форсунка; 5 — выпускной клапан

23

Рис. 2.5. Изменение коэффициента наполнения цилиндров ηv в зависимости от давления и температуры воздуха в цилиндре в начале сжатия

Второй такт — сжатие. Поршень движется справа налево, впускной клапан закрывается, воздух в цилиндре сжимается. При этом температура его в точке с повышается до 500—750 °С, а давление может возрастать до 5—7 МПа. Процесс сжатия на диаграмме изображен линией ас (см. рис. 2.4). Когда поршень еще не дошел до верхней мертвой точки (в.м.т.) на 18—30 ° угла поворота коленчатого вала, через форсунку 4 в цилиндр впрыскивается жидкое топливо, которое в точке с воспламеняется и начинает гореть. Подача топлива прекращается после того, как поршень уже пройдет в.м.т. на 10—15 ° и снова начнет двигаться слева направо. Поступившее в цилиндр топливо перемешивается с воздухом и начинает гореть. На диаграмме процесс горения изображен ломаной линией cz′ z. Третий такт — расширение газа. В начале третьего хода поршня происходит сгорание топлива, которое теоретически заканчивается в точке z. Давление в точке г возрастает до 8–13 МПа, а температура до 1750– 2100 К. После точки z происходит расширение газов, которое продолжается до тех пор, пока не откроется выпускной клапан. Последний открывается в точке е′ на 40—55° до нижнего положения поршня, когда давление в цилиндре достигает 0,5—,8 МПа, а температура 1000—1100 К. Предварение открытия выпускного клапана способствует уменьшению сопротивления выходу отработавших газов через выпускную систему и, следовательно, лучшей очистке цилиндра от отработавших газов. Ход расширения является полезным рабочим ходом, так как в этот период газы с большим давлением действуют на поршень дизеля в на24

правлении его движения и совершают полезную работу, отдавая ее нагрузочному агрегату. Четвертый такт — выпуск газов. Поршень движется справа налево, выпускной клапан 5 открыт, и газы выталкиваются из цилиндра. Процесс выпуска газов на диаграмме изображен линией e′er. Удаление газов происходит при давлении 0,11—0,12 МПа, поэтому линия выпуска газов располагается выше атмосферной линии. Температура газов за выпускным клапаном равна 700—900 °К. Для более совершенной продувки и зарядки цилиндра воздухом впускной и выпускной клапаны на протяжении 50—100° поворота кривошипа коленчатого вала открыты одновременно. Это так называемое «перекрытие» клапанов обеспечивает хорошую очистку цилиндров от продуктов сгорания топлива и более полное заполнение рабочего объема воздухом, а также охлаждение днища порш ня и выпускных клапанов потоком холодного воздуха. Качество очистки цилиндра от отработавших газов оценивается коэффициентом остаточных газов γ, который представляет собой отношение количества оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла газов к величине поступившего в цилиндр свежего воздушного заряда. Обычно γ — 0,02–0,1. Особенности рабочего цикла четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом. В дизелях с наддувом процесс зарядки цилиндра происходит иначе, чем у двигателей без наддува. Турбокомпрессор зарис. 2.6) и сжимасасывает воздух из атмосферы при давлении 0 (р ет до давления кр. Сжатый в турбокомпрессоре воздух прежде, чем попасть в цилиндр, проходит через охладитель, впускной коллектор и выпускные клапаны; на пути от турбокомпрессора до цилиндра его давление снижается открдо ра. Поэтому линия давления впуска расположена ниже линии рк и выше атмосферной линии (0р). После заполнения цилиндра воздухом поршень, двигаясь от точки а налево, сжимает воздух. Процесс сжатия изображен кривой ас. В конце сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое воспламеняется в точке с. Процесс сгорания показан линиями сz′ и z′z. Расширение газов происходит по кривой zе. В точке е открываются выпускные клапаны, и отработавшие газы выталкиваются в газовую турбину (при давлении Гр), а затем выбрасываются в атмосферу. Таким образом, линия выпуска газа из цилиндра расположена выше атмосферной и ниже линии наполнения. В четырех25

Рис. 2.6. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом: ря — давление в период наполнения;v p— давление в цилиндре в период выпуска; рк — давление воздуха в наддувочном коллекторе; V объем камеры c — сжатия: Vh — объем, описываемый поршнем, аV— полный объем цилиндра

тактных двигателях энергии отработавших газов вполне достаточно, более высокого, чтобы нагнетатель сжимал воздух до давления к, р чем рГ. В результате наддува площадь индикаторной диаграммы, а следовательно, и мощность дизеля значительно возрастают. Следует отметить, что в действительности процесс сгорания происходит не по прямым линиям cz′ и z′z, а по штриховой линии (см. рис. 2.6). Диаграмма двухтактного дизеля. Сжатие воздуха в цилиндре при движении поршня справа налево начинается в точке а и продолжается до точки с (рис. 2.7). За 16–25° угла поворота коленчатого вала до крайнего левого положения поршня через форсунку 3 в цилиндр при высоком давлении подается жидкое топливо (в мелкораспыленном виде), которое, соприкасаясь с нагретым до высокой температуры сжатым воздухом, воспламеняется. Образовавшиеся газы, стремясь расшириться, перемещают поршень вправо. 26

Рис. 2.7. Диаграмма рабочего цикла двухтактного дизеля и схема его устройства: А — продувочное окно; Б — выпускное окно; 1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — форсунка

Движущийся поршень через шатун вращает коленчатый вал. Не доходя до крайнего правого положения, поршень 2 своей кромкой открывает выпускное окно Б, давая выход отработавшим газам через глушитель наружу. Двигаясь дальше вправо, поршень открывает продувочное окно А, через которое в цилиндр устремляется свежий воздух, имеющий повышенное давление. Воздух вытесняет отработавшие газы и заполняет цилиндр. Когда поршень изменит направление и начнет двигаться справа налево, он вначале закроет продувочное окно А, а затем выпускное Б, после чего начнется сжатие оставшегося в цилиндре воздуха. Таким образом, полный рабочий процесс(цикл) в двухтактном дизеле совершается за два хода поршня (такта), при этом коленчатый вал совершает один оборот. В двухтактных дизелях продувочный воздух подается в цилиндры нагнетателем, приводимым в движение от вала дизеля, или тур27

бокомпрессором. От качества продувки цилиндров зависит мощность и к.п.д. дизеля. Чтобы обеспечить хорошую продувку цилиндров воздухом и снизить тепловое напряжение деталей дизеля, соприкасающихся с горячими газами, в цилиндры подается значительно больше воздуха, чем требуется для горения топлива; во время продувки часть воздуха уходит через выпускные окна. Учитывая это, подача продувочного воздушного нагнетателя должна быть на 30—40 % больше, чем это необходимо для обеспечения полного сгорания топлива. При проектировании двухтактных двигателей конструкторы стремятся к тому, чтобы при наименьшей потере сжатого воздуха получалась бы наилучшая продувка и зарядка цилиндров. В двухтактных дизелях обычно энергии отработавших газов недостаточно для сжатия наддувочного воздуха до требуемого давления, так как давление это должно быть больше, чем давление в выпускном трубопроводе для качественной очистки цилиндров, а энергия выпускных газов (при прочих равных условиях) ниже, чем в четырехтактных двигателях, из-за разбавления газов холодным продувочным воздухом. Поэтому в двухтактных дизелях используется комбинированный наддув, при котором часть энергии, необходимой для сжатия наддувочного воздуха, отбирается от коленчатого вала двигателя. Схемы продувки двухтактных дизелей. Наиболее простая, но вместе с тем и наиболее несовершенная схема — так называемая поперечно-щелевая продувка, при которой в цилиндре может оставаться 15—20% отработавших газов (рис. 2.8, а). Такая продувка применяется в маломощных дизелях, для которых простота конструкции, а не экономичность, имеет решающее значение. Схема продувки, показанная на рис. 2.8, б, более совершенна. Благодаря обратному клапану 3 эта конструкция обеспечивает некоторый наддув цилиндров. Такая схема продувки применяется на тихоходных судовых двигателях. Более совершенна прямоточная клапанно-щелевая продувка (рис. 2.8, в). Сжатый воздух из нагнетателя поступает в цилиндр через нижние окна, а отработавшие газы удаляются через выпускные клапаны 3, размещенные в крышке цилиндра. При такой продувке на дизеле устанавливают распределительный вал. Клапанно-щелевая продувка применяется в тепловозных дизелях 11Д45 и 14Д40. 28

Рис. 2.8. Схемы продувки двухтактных дизелей: а — поперечно-щелевая; б — щелевая с частичным наддувом; в — прямоточная клапанно-щелевая; г — прямоточно-щелевая при встречно движущихся поршнях; 1 — поршень; 2 — форсунка; 3 — клапан

Наиболее совершенна прямоточно-щелевая продувка ( рис. 2.8, г), которую можно осуществить в двигателях со встречно движущимися поршнями. Сжатый воздух от нагнетателя поступает через верхние окна (продувочные), а отработавшие газы удаляются из цилиндра через нижние (выпускные) окна. Чтобы можно было полнее зарядить цилиндр, нижний поршень, перекрывающий выпускные окна, несколько опережает (на 10—12° угла поворота коленчатого вала) верхний поршень, перекрывающий впускные окна. При таком способе продувки в цилиндре почти не остается отработавших газов. Прямоточно-щелевая продувка применяется в тепловозных дизелях 2Д100 и 10Д100.

2.3. Горение топлива в цилиндрах дизеля Дизельное топливо представляет собой смесь различных углеводородов. Средний элементарный состав жидкого топлива, используемого в тепловозных дизелях: 87% — углерод (С); 12,5% — водород (Н); 0,5% — кислород (О) и 0,5% — сера (S). Химический состав дизельного топлива определяется в лабораториях. По химическому составу топлива и реакциям горения можно определить теоретически необходимое количество воздуха для сгорания единицы массы топлива (1 кг). Вследствие практически неизменного химического состава дизельного топлива теоретически не29

обходимое количество воздуха составляет0 =L 14,5 кг на 1 кг топлива (считая, что объемная доля кислорода в воздухе равна 0,21). Однако перемешивание топлива с воздухом в дизелях не является совершенным настолько, что каждая молекула кислорода участвует в окислении (горении) топлива, так как смесеобразование в цилиндрах дизеля осуществляется в течение очень малого времени и топливно-воздушная смесь получается неравномерной. Чтобы обеспечить полное сгорание впрыснутого топлива, в цилиндр необходимо подать больше воздуха (L), чем требуется теоретически. Отношение α = L/L 0 называется коэффициентом избытка воздуха. Исследованиями установлено, что для нормальной работы дизеля при номинальной мощности коэффициент избытка воздуха должен составлять 1,8—2,2. Если он будет меньше, то топливо сгорает не полностью, что сопровождается «дымлением», перегревом деталей двигателя и работой его при повышенных температурах отработавших газов. Если α будет слишком большим, то в двигателе не будет реализована полная мощность, и, кроме того, он будет иметь повышенные потери тепла с отработавшими газами. При снижении нагрузки коэффициент избытка воздуха возрастает (рис. 2.9) и на холостом ходу может увеличиться до 6—12. Выбор коэффициента избытка воздуха имеет весьма важное значение для экономичной и надежной работы дизеля. Его значение зависит от того, насколько конструкция дизеля обеспечивает хорошее перемешивание частиц топлива с воздухом по всей камере сгорания.

Рис. 2.9. Зависимость коэффициента избытка воздуха от мощности двигателя

30

При распыливании топлива через сопла форсунки с малыми отверстиями в цилиндре образуется кольцевой факел из мелких частиц топлива. Форма камеры сгорания должна быть такой, чтобы частицы топлива в виде факела заполнили все пространство камеры, однако не достигли стенок поршня цилиндра и сгорели во взвешенном состоянии (рис. 2.10). Вопросам распыливания топлива и его перемешивания с воздухом в цилиндре двигателя посвящено много экспериментальных работ и теоретических исследований. Путем подбора диаметра отверстий сопел форсунок, давления распыливания и угла между осями отверстий и осью распылителя можно получить различные диаметры капель топлива, скорости и дальности полета частиц топлива (дальнобойность), направления и формы факела распыливания. Хорошим считается распыливание, когда диаметр капель равен 10–20 мкм. На качество смесеобразования существенное влияние оказывает вязкость топлива (рис. 2.10, в). Увеличивая диаметр отверстий в сопле форсунки, можно получить более крупные капли топлива при одновременном возрастании дальности их полета. Повышение давления распыливания топлива (при прочих неизменных условиях) приводит к уменьшению диаметра капель, увеличению дальности полета частиц топлива и сокращению времени их полета. При возрастании давления в конце сжатия (увеличении плотности воздуха в цилиндре) скорость полета частиц уменьшается, дальность сокращается, диаметр капель топлива увеличивается.

Рис. 2.10. Формы факела распыливания топлива при разных цикловых подачах: а — без завихрения воздуха; б — с завихрением; в — влияние вязкости топлива на форму факела; 1 — факел при маловязком топливе; 2 — при вязком топливе

31

При возрастании частоты вращения вала двигателя увеличивается давление распыливания, диаметр капель топлива уменьшается, скорость и путь полета частиц увеличиваются. Большая вязкость топлива способствует увеличению диаметра капель, возрастанию дальности, удлинению факела топлива с одновременным уменьшением его диаметра. С уменьшением вязкости топлива факел становится короче, но большего диаметра (см. рис. 2.10, в). Завихрение воздуха в цилиндре вызывает укорочение и утолщение факела. Чем больше завихрение, тем интенсивнее происходит разрушение трудновоспламеняемой фазы и проникновение свежего воздуха к центру капли топлива, что ускоряет и улучшает процесс горения. Все эти зависимости при их умелом использовании дают возможность правильно регулировать топливную аппаратуру и процесс смесеобразования в цилиндрах дизеля. Теоретические исследования и опыты показывают, что впрыснутая в цилиндр капля топлива (рис. 2.11) мгновенно воспламениться не может. Требуется какое-то времяi ,τ чтобы капля топлива прогрелась, испарилась, чтобы пары смешались с воздухом и потом воспламенились. Это время τ на подготовку топлива к самовоспламенению тем больше, чем больше диаметр капли и меньше завихрение воздуха в цилиндре. Подготовка топлива к самовоспламенению протекает таким образом: пары топлива проникают (диффундируют) в среду сжатого

Рис. 2.11. Схемы возникновения пламени и горения капли топлива в цилиндре дизеля: а — при спокойном состоянии среды (капли топлива и воздуха); б — при наличии завихрения воздуха в цилиндре; 1 — зона свежего воздуха; 2 — зона легковоспламеняющейся смеси; 3 — зона трудновоспламеняющейся смеси; 4 — капля топлива

32

воздуха и образуют вокруг капли вначале трудновоспламеняющуюся (из-за недостатка кислорода) паровоздушную фазу. При дальнейшем испарении и распространении паров топлива в среде сжатого воздуха образуется легковоспламеняющаяся паровая фаза с коэффициентом избытка воздуха α = 0,8–0,9. В этой фазе зарождается пламя, которое способствует быстрому испарению топлива и распространению горения по всему объему цилиндра. Таким образом, τi — есть время, которое необходимо для подготовки топлива к самовоспламенению. Это так называемый период задержки воспламенения топлива; он может измеряться в градусах угла поворота коленчатого вала φ° или в секундах. Период задержки воспламенения обычно составляет 6—15° угла поворота коленчатого вала или 0,001—0,002 с. Когда капля топлива и воздух находятся в состоянии покоя в цилиндре, то проникновение воздуха через зоны 2 и 3 к воспламеняющейся капле затруднено. При относительном перемещении капли в воздухе доступ его к топливу облегчается, поэтому при завихрении воздуха в цилиндреi τуменьшается. Период задержки воспламенения оказывает большое влияние на процесс горения в цилиндре дизеля; чем большеi, τтем более «жестко» протекает работа дизеля. При больших значениях τ i происходит скопление топлива в цилиндре до его воспламенения, и процесс сгорания в дизеле становится мало управляемым, резко повышается давление сгорания рz и скорость нарастания давления в цилиндре. Особенно резко это проявляется при низких температурах окружающего воздуха Ток , когда могут наблюдаться пропуски вспышек. Чем лучше распылено топливо при впрыскивании в цилиндр, чем выше давление и температура воздуха в конце сжатия, тем меньше период задержки воспламенения топлива и, следовательно, лучше параметры процесса сгорания. Отметим, что для обеспечения надежного воспламенения впрыснутого в цилиндр топлива температура в конце сжатия Тс должна превышать на 100—200 °С температуру самовоспламенения топлива св Т. Склонность к воспламенению является одной из важнейших характеристик дизельного топлива. Топлива, более склонные к воспламенению, имеют меньший период задержки воспламенения, в результате чего рабочий процесс в цилиндре протекает более благоприятно, двигатель работает «мягко». Если бы период задержки воспламенения был равен нулю и топливо, попав в цилиндр, сра33

зу же воспламенялось, то закон сгорания топлива полностью соответствовал бы закону подачи топлива в цилиндр, и можно было бы управлять процессом горения топлива в цилиндре, задавая требуемый закон впрыскивания. В действительности же, как известно, этого нет. Склонность дизельного топлива к воспламенению обычно оценивается цетановым числом, которое определяется на специальной моторной установке путем сравнения воспламеняемости испытываемого образца топлива и эталонной смеси. Чем больше цетановое число, тем качество топлива выше. На тепловозах применяют дизельное топливо с цетановым числом, лежащим в пределах от 45 до 60 единиц. Отметим также, что при применении дизельного топлива с большим цетановым числом значительно улучшаются пусковые свойства дизеля и уменьшается нагарообразование. Фазы газораспределения дизелей. Правильный выбор моментов (фаз) открытия и закрытия клапанов и окон определяет качество очистки цилиндров от газов и зарядки их свежим воздухом. Качество зарядки цилиндров свежим воздухом оценивается коэффициентом наполненияη υ . Чтобы повысить ηυ и улучшить зарядку цилиндров свежим воздухом, клапаны (окна) открывают и закрывают не при крайних положениях поршня, а раньше или позже. Реальные фазы газораспределения наглядно представляются круговыми диаграммами (рис. 2.12). В четырехтактных дизелях (см. рис. 2.12, а), чтобы обеспечить лучшее наполнение цилиндра свежим воздухом и осуществить продувку цилиндра, впускной клапан начинает открываться заблаговременно — еще тогда, когда кривошип вала на угол А не дошел до своего верхнего вертикального положения. Это опережение открытия впускного клапана (точка 1) обеспечивает его полное открытие к в.м.т. Запаздывание закрытия впускного клапана (угол В и точка 2) предусматривают для того, чтобы в конце хода наполнения клапан был бы еще достаточно открыт и обеспечивал проход воздуха в цилиндр по инерции и тогда, когда поршень начнет двигаться вверх (дозарядка). Опережение открытия выпускного клапана (угол С и точка 5) уменьшает работу на выталкивание отработавших газов поршнем. Период очистки рабочего цилиндра разделяется на выпуск газов при открывшемся выпускном клапане за счет их избыточного дав34

35

Рис. 2.12. Круговые диаграммы газораспределения: а — четырехтактного дизеля; б— двухтактного дизеля с противоположно движущимися поршнями

ления и выталкивание газов поршнем при его движении от н.м.т. к в.м.т. Опережение открытия выпускного клапана делается таким, чтобы выпуск закончился до прихода поршня в н.м.т. и выталкивание протекало с меньшим противодавлением газов на поршень. Запаздывание закрытия выпускного клапана (угол D и точка 6) обеспечивает более полную очистку цилиндра от остаточных газов. Так как впускной клапан открывается с опережением (точка 1), а выпускной закрывается с запаздыванием (точка 6), то во время поворота кривошипа на дуге 1—6 оба клапана открыты одновременно, что обеспечивает продувку цилиндра и очистку его от газов. Так как необходимо некоторое время для подготовки топлива к самовоспламенению, то его подача начинается не в начале рабочего хода, а в конце сжатия за угол К (точка 3) до прихода кривошипа в в.м.т. Этот угол называется углом предварения (опережения) подачи топлива. Подача топлива заканчивается в точке 4. Двухтактные дизели с противоположно движущимися поршнями. Отсчет углов на диаграмме газораспределения дизеля типа Д100 (см. рис. 2.12, б) ведется по положению кривошипа нижнего поршня от в.м.т. При движении поршня вниз выпускные окна начинают открываться (точка 5), когда кривошип не дошел на определенный угол — 56° — до н.м.т. С этого момента в течение времени поворота кривошипа на 16° происходит свободный выпуск газов из цилиндра. За 40° до н.м.т. (нижнего поршня) верхний поршень открывает продувочные окна (точка 6) и на протяжении 96° поворота кривошипа осуществляется продувка цилиндра. Продувка прекратится после поворота на 56° за н.м.т. (точка 1) при закрытии выпускных окон. Продувочные окна после этого еще открыты: происходит дозарядка цилиндра в течение поворота кривошипа на 8°. С этого момента (точка 2) начинается сжатие. Топливо подается в цилиндр также с некоторым опережением (точка 3).

Глава 3. КОНСТРУКЦИИ ДИЗЕЛЕЙ 3.1. Остов дизеля Остов — это основа конструкции дизеля, состоящая из неподвижных элементов. Эти элементы жестко связаны между собой в единую систему, нагруженную силами давления газов и силами инерции движущихся частей. Конструкция остова обеспечивает жесткость дизеля, удобство разборки, сборки и осмотра деталей кривошипно-шатунного механизма и вкладышей, а также весовые и габаритные требования к дизелю. Достаточная жесткость остова — основное условие надежной и долговечной работы дизеля. К элементам остова (рис. 3.1) относятся рама 1, картер 2, блок цилиндров 3, крышка цилиндра 4, цилиндровая втулка 5, вкладыши коренного подшипника 6 и 7 и поддон 8 для масла. Основные элементы остова могут различным образом объединяться в единые конструкции, представленные на рис. 3.2 (обозначения соответствуют рис. 3.1). На дизелях типа Д50 (рис. 3.2, а) рама, картер, поддон и нижняя половина коренного подшипника объединены в единой конструкции — фундаментной Рис. 3.1. Схема устройства остова дизеля раме 1, крышка коренного подшипника 6 установлена сверху. Дизели типов Д100 (рис. 3.2, б), Д40 и Д49 (рис. 3.2, в), Д70 (рис. 3.2, г) и 12VFE (рис. 3.2, д) имеют единый блок-картер. В этих конструкциях крышка коренного подшипника (подвеска) установлена снизу. Рама и поддон образуют единую конструкцию (кроме дизеля 12VFE) — поддизельную раму. В дизелях типов 1Д6 (рис. 3.2, в), 1Д12 и М753 (рис. 3.2, з) и М756 (рис. 3.2, и) основой остова является картер, к которому снизу на подвеске крепится нижняя половина коренного подшипника. Поддон 8 выполнен отдельно. 37

38 Рис. 3.2. Схемы остовов тепловозных дизелей типов: а — Д50 и ПД1М; ПД1М; б — 2Д100 и 10Д100; в — 14Д40, 11Д45 и Д49; г — Д70; д — 2VFE17/24; е — 1Д6; ж — K6S310DR и 6S3I0DR; з — 1Д12 и М753;. и — М756

Остовы дизелей М756 представляют собой моноблок, объединяющий в единую конструкцию головку и блок со вставными втулками цилиндров. Остов двигателя 310DR (рис. 3.2, ж) имеет соединенный с картером блок цилиндров и установленный в поддизельной раме коренной подшипник, закрытый крышкой сверху. Элементы остова в зависимости от конструкции изготавливаются литыми из чугуна или алюминия или сварными из стали. В конструировании деталей остова наметилась прогрессивная тенденция — создание комбинированного остова, состоящего из стальных литых звеньев, соединенных сваркой. Это удешевляет изготовление и позволяет получать более жесткие элементы. Основные детали остова. Основным связывающим звеном всех сборочных единиц и деталей является жесткая чугунная литая рама дизеля коробчатого типа. Внутри рамы имеются поперечные перегородки с постелями для вкладышей подшипников, которые служат опорой коленчатого вала. На раму установлен цельнолитой чугунный блок цилиндров, также рама служит для установки на ней дизеля и генератора, соединенных муфтой, кроме того, на раме также крепят отдельные сборочные единицы вспомогательного оборудования. Поддизельные рамы, обладая достаточной жесткостью, вместе с блоком дизеля обеспечивают нормальную работу шатунно-кривошипного механизма. Рама (картер) дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 3.3) представляет собой цельную отливку из серого чугуна, служащую основанием для блока дизеля и станины генератора, а также для коленчатого вала, корпуса распределительного и кулачкового вала, корпуса привода масляного насоса. Блок дизеля и станина генератора прикреплены к раме с помощью сшивных шпилек и анкерных болтов и фиксированы на раме двумя контрольными штифтами. На уширенной части поверхности 7 рамы со стороны генератора прикреплен также на шпильках корпус привода распределительного и кулачкового валов. Передняя обработанная поверхность 15 служит для крепления на ней корпусов валоповоротного диска и привода масляного насоса. С обеих сторон на раме для осмотра шатунно-кривошипного механизма имеются люки 2, закрываемые крышками (по одной крышке на три люка) на паронитовых прокладках. Чтобы давление внутри рамы дизеля не поднималось выше атмосферного, ее внутренняя полость сообщается с всасывающей полостью турбокомп39

Рис. 3.3. Рама дизеля ПД ПД1М 1М (описание в тексте)

рессора через сапун, установленный на крышке корпуса привода распределительных валов. Рама по длине разделена семью перегородками 13 13,, служащими основаниями для коренных подшипников коленчатого вала. Опоры четвертого и седьмого подшипников уширены, так как они несут значительно большую нагрузку, чем остальные. Полости между перегородками сообщаются между собой через отверстия. Нижняя часть рамы имеет уклон от краев к середине и служит маслосборником. Каналом 14 маслосборник соединен с полостью масляного насоса. На входе в канал установлена фильтрующая сетка. Сверху маслосборник закрыт шестью металлическими сетками. Масло в раму заливается через горловину, ввернутую сверху в прилив рамы с левой передней стороны. Масло сливают через трубу, ввернутую в отверстие 12. С правой стороны рамы через окна в перегородках проходит маслоподводящая труба 3, от которой через штуцера и масляные трубки масло под давлением подводится для смазывания коренных подшипников коленчатого вала, подшипников распределительного и кулачкового валов, а также подводится к рычагам толкателей и пальцу промежуточной шестерни привода распределительных валов. Механический обработанный задний торец блока имеет кольцевую центрирующую проточку для фиксации станины тягового генератора. К поверхности 6 прикрепля40

ют разъемный корпус уплотнения коленчатого вала, предохраняющего полость генератора от попадания в нее масла из рамы дизеля. Принцип устройства уплотнения заключается в использовании разности давлений в картере рамы и в полости генератора. Создаваемый вентилятором генератора подпор воздуха в полости не дает маслу проникнуть через уплотнение. Рама дизеля ПД ПД1М 1М крепится жестко на раме тепловоза с помощью шпилек. Для разгрузки шпилек от срезывающих усилий к настильному листу рамы приварены упоры, удерживающие раму от продольных и поперечных перемещений. Поддизельная рама дизеля 10Д100 (рис. 3.4). Представляет собой жесткую конструкцию, предназначенную для установки на нее блока дизеля со всем оборудованием и генератора. Внутренняя полость служит маслосборником. Дизель крепится на поверхности 5—10 болтами через паронитовую прокладку. Генератор крепится к консолям восьмью болтами, для крепления дизель-генератора на раме имеются отверстия. Кроме того, со стороны генератора консольная часть упирается на пружины. Вдоль рамы расположен масляный коллектор, к которому крепится всасывающая труба главного масляного насоса. Для предохранения попадания в масло посторонних предметов и для пеногашения над уровнем масла установлена съемная сетка, из картера масло сливается через отверстие, расположенное в отстойнике. Для закачивания масла выполнены отверстия на консоли и на раме. Поддизельная рама имеет продольные балки, состоящие из верхнего и нижнего продольных четырех угольных листов, приваренных к вертикальному листу и усиленных ребрами жесткости. К нижней части балки приварен поддон, имеющий перегородки для увеличения жесткости. С переднего торца выполнены отверстия для подсоединения трубопровода и масляной системы. Блок цилиндров служит базой для размещения цилиндро-поршневой группы и большинства других сборочных единиц и агрегатов дизеля. Он воспринимает усилия от давления газов на поршни в цилиндрах и силы инерции деталей шатунно-кривошипного механизма, совершающих возвратно-поступательное и вращательное движения. Поэтому прочность и жесткость блока должны быть достаточно высокими, поскольку деформация блока во время работы дизеля в значительной степени влияет на надежность деталей шатунно-кривошипного механизма. 41

Рис. 3.4. Поддизельная рама дизеля 10Д100: 1, 2, 4 — фланцы забора и слива масла контурами масляной системы; 3 — фланец забора масла ГМН; 5 — плита крепления корпуса привода насосов; 6 — отверстия крепления блока дизеля; 7, 15 — отверстия для зачаливания; 8 — верхняя опорная плита; 9 — пеногасительные сетки; 10 — масломерный щуп; 11 11,, 13 — каналы подвода масла; 12 — заправочная горловина; 14 14,, 25 — отверстия для закрепления дизеля на раме; 16 — уплотнение хвостовика коленчатого вала; 17 — отверстия закрепления тягового генератора; 18 18,, 26 — платики опор рамы; 19 — технологические отверстия; 20, 22 — патрубок подвода воды к воздухоохладителям; 23 — маслосборник; 24 — фланец забора масла МПН

Блок цилиндров дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 3.5) отлит из серого чугуна. По длине блок разделен пятью перегородками 15 на гнезда для установки цилиндровых втулок. Внизу поперечные перегородки имеют окна для подвода охлаждающей воды. На бурты верхнего пояса опираются цилиндровые втулки. Нижний пояс блока служит для направления втулок в блоке и является опорной поверхностью для их резиновых уплотнительных колец. Для увеличения жесткости поперечные перегородки и стенки блока снабжены вертикальными и горизонтальными ребрами. Цилиндровые втулки не имеют специальных водяных рубашек охлаждения. Они охлаждают42

Рис. 3.5. Блок дизеля ПД ПД1М 1М (описание в тексте)

ся водой, циркулирующей в полости блока. Уплотнение верх ней части водяной полости достигается тщательной подгонкой кольцевой плоскости бурта цилиндровой втулки к бурту 23 верхнего пояса блока, а нижней части — тремя резиновыми кольцами на нижнем поясе втулок. С правой стороны отсек цилиндров отделен продольной перегородкой. За ней размещается распределительный вал, рычаги толкателей и штанги привода клапанов. Распределительный вал уложен в бронзовых подшипниках, залитых баббитом и запрессованных в отверстия перегородок блока. Масло к подшипникам поступает из картера по трубкам, а затем по вертикальным и горизонтальным каналам в блоке. Отсек распределительного вала имеет люки, закрытые двумя крышками и уплотненные паронитовыми прокладками. К приливам 12 с левой стороны прикреплен корпус топливного насоса, а к приливам 18 — фильтр для топлива. В нижней части блока имеется отверстие 17 для слива воды. Другое такое же отверстие является контрольным. Открывая его, проверяют, вся ли вода слита. Вдоль левой стороны блока проходит узкий продольный канал 13 для воды, сообщающийся с отверстиями во фланцах 10 и 22 22.. 43

К фланцу 6 с отверстием прикреплен нагнетательный патрубок водяного насоса, корпус которого прикреплен к фланцу 7. К фланцу 10 подсоединен всасывающий патрубок насоса. Фланец 22 имеет плато 21 для крепления патрубка подвода воды от охлаждающего устройства. Пройдя по продольному каналу в блоке во всасывающую полость насоса через отверстие 10 вода нагнетается через отверстие во фланце 6 и далее в охлаждающие полости цилиндров. Для перепуска воды из водяного пространства охлаждения цилиндров в охлаждающие полости крышек вокруг каждого цилиндра верхней полости блока проделано по шесть малых отверстий 3 и два больших отверстия 2. Перепускные отверстия уплотнены водотеплостойкими резиновыми кольцами. На верхней плоскости блока с правой стороны имеются двенадцать отверстий 1 для прохода штанг привода рабочих клапанов. По этим же отверстиям стекает масло из коробки привода клапанов в картер. В соединениях между крышкой и блоком установлены уплотнительные резиновые кольца. Блок дизеля 10Д100 (рис. 3.6) сварен из стальных деталей. Вертикальными листами 15 толщиной 16 мм (сталь 20Г) блок поде-

Рис. 3.6. Блок цилиндров дизеля типа Д100

44

лен на 12 отсеков. В десяти из них размещены втулки цилиндров, в переднем отсеке дизеля — механизмы управления, а в заднем — вертикальная передача и привод воздуходувки. Горизонтальными листами 14 (сталь 20) толщиной 25 мм и верхней и нижней плитами блок разделен на отсеки: верхнего коленчатого вала, воздушных ресиверов, топливной аппаратуры, выпускных коллекторов и нижнего коленчатого вала. К верхней плите и вертикальным листам приварены 12 опор 9 для коренных подшипников верхнего коленчатого вала, а к нижней плите и вертикальным листам —12 опор 11 для коренных подшипников нижнего коленчатого вала. В вертикальных листах с правой и левой стороны внутри блока вварено по 11 опор для подшипников кулачковых валов топливных насосов. К вертикальным наружным листам блока в отсеке воздушных ресиверов приварены впускные коллекторы 8. В отсеке выпускных коллекторов имеются ниши для установки выпускных коробок. Ниши закрыты плитами 4, которые крепятся с помощью болтов и шпилек 3. В плитах вырезаны люки 13 для постановки и снятия крышек люков выпускных коллекторов и термопар. В наклонных боковых листах 12 имеются люки 10, предназначенные для осмотра нижнего коленчатого вала, коренных и шатунных подшипников и их монтажа, а также для выемки поршней. Верхний коленчатый вал осматривают при снятой крышке блока. Осмотр поршней и колец производят через люки 5 воздушных ресиверов и люки выпускных коллекторов. Блок дизеля типа Д49 (рис. 3.7) сварен из стальных деталей: нижняя часть сварена из литых стоек 3, а верхняя — из листов 5. К стойкам блока прикреплены болтами 2 штампованные подвески 1. Стыки стоек блока и подвесок имеют зубцы, которые препятствуют смещению подвесок. В развале блока образован ресивер 4 наддувочного воздуха. Доступ в картер дизеля обеспечивается через лю-Рис. 3.7. Блок цилиндров и ки, закрытые крышками 6. С правой сто- коренные подшипники дироны дизеля крышки имеют предохрани- зеля типа 5Д49 (описание в тексте) тельные клапаны. 45

3.2. Коленча Коленчатые тые валы Коленчатые валы дизелей 10Д100 (нижний и верхний) по конструкции и размерам шеек одинаковы. Отличаются они концевыми частями. Валы имеют по двенадцать коренных и десять шатунных шеек, кривошипы которых смещены каждый друг относительно друга на 36° в соответствии с порядком работы цилиндров, что обеспечивает равномерную работу коленчатых валов. Поверхности трения шатунных шеек валов соединены с поверхностями смежных коренных шеек двумя косыми каналами, по которым масло поступает к шатунным подшипникам в двух противоположных точках, обеспечивая надежность смазывания бесканавочных вкладышей, а также охлаждение поршней. Одиннадцатая шатунная шейка служит для установки опорно-упорного подшипника. Упором для подшипника является фланец на обоих валах, служащий одновременно для крепления конической шестерни вертикальной передачи. К фланцу верхнего вала на болтах укрепляется ведущий фланец со шлицами для привода торсионного вала редуктора воздухонагнетателя второй ступени. К заднему фланцу нижнего вала прикреплен ведущий диск дизель-генераторной муфты. Направляющим кольцевым буртом вал центрируется в обойме на валу якоря генератора. В передней части нижнего коленчатого вала установлен антивибратор. Шестерня, устанавливаемая на шпонке на верхнем валу, служит для привода валов топливных насосов. Коленчатый вал дизеля 10Д100. Коленчатый вал дизеля превращает возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение. Коленчатый вал обеспечивает движение поршней во время пуска сжатия воздуха и выпуска отработавших газов. От него получают вращения все механизмы дизеля, а также якорь ГГ. Коленчатый вал 10Д100 (рис. 3.8) отлит из специального высокопрочного чугуна. Нижние и верхние коленчатые валы отличаются оформлением концевых частей, верхний вал короче нижнего. Валы имеют по 10 шатунных и 12 коренных шеек, выполнены пустотелыми. На конце валов расположены фланцы, к которым болтами крепятся большие конические шестерни вертикальной передачи. С той же стороны нижний вал имеет концевой фланец, с которым соединена муфта привода ГГ. Верхний и нижний коленчатые валы изготовлены с зеркальным расположением кривошипов. На переднем конце нижнего вала установлен антивибратор и вал отбора 46

Рис. 3.8. Коленчатый вал дизеля 10Д100

мощности. Со стороны ГГ верхний вал имеет эластичный привод нагнетателя второй ступени. Принятый порядок вспышек определяет порядок кривошипов друг относительно друга на 36° в соответствии с порядком чередования 1-6-10-2-4-9-5-3-7-8. Коленчатый вал дизелей типа 5Д49 (рис. 3.9) для уменьшения внутренних изгибающих моментов в блоке цилиндров и уменьшения

Рис. 3.9. Коленчатый вал дизеля 1А-5Д49: 1 — антивибратор; 2 — шестерня; 3 — сухарь; 4 — пакет пластин; 5, 6 — диски дизель-генераторной муфты; 7 — направляющие кольца; а — коренная шейка; б — шатунная шейка; в — щека; г — противовесы

47

нагруженности коренных подшипников от сил инерции движущихся масс на первой, восьмой, девятой и шестнадцатой щеках имеют противовесы г, отлитые заодно со щеками. Девятая коренная шейка вала является одновременно упорной. Ее бурты а (см. рис. 3.9) ограничивают осевое перемещение вала. В переднем торце вала установлена втулка 2 со шлицами, которая через шлицевой вал передает вращение шестерням привода насосов. Шестерня 2 (см. рис. 3.9), установленная между девятой и десятой коренными шейками, приводит во вращение шестерни привода распределительного вала. Масло к шейкам шатунных подшипников поступает через отверстия в шейках вала. К десятой коренной шейке масло подходит от соседней девятой через два отверстия б (см. рис. 3.10), выполненные в теле вала без сообщения с полостью в. Полость в с торца вала закрыта заглушкой 3 с резиновыми уплотнительными кольцами 1. К переднему фланцу коленчатого вала на болтах крепится антивибратор вязкого трения у дизеля 1А-5Д49 (см. рис. 3.9, поз. 1) и комбинированный — у 2А-5Д49. К заднему фланцу также на болтах укреплен зубчатый диск 5 валоповоротного механизма с дизель-генераторной муфтой. Коленчатый вал дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 3.11) откован из стали 40. Кривошипы шатунных шеек повернуты один относительно другого на 120°. При этом получается, что каждые два кривошипа одина-

Рис. 3.10. Концевые части коленчатого вала дизеля 1А-5Д49: I — передний конец; II — задний конец; 1 — уплотнительные кольца; 2 — шлицевая втулка; 3 — заглушка; а — упорный бурт; б — каналы для смазывания 1010-й й шейки; в — полость

48

Рис. 3.11. Коленчатый вал дизеля ПД ПД1М: 1М: 1 — валоповоротный диск; 2 — ушки; 3 — коренная шейка; 4 — шатунная шейка; 5 — бугели крепления шестерен; 6 — маслоотбойный бурт; 7 — фланец; 8 — шестерня; 9 — канал для прохода масла

ково направлены. Коренные шейки четвертого и седьмого коренных подшипников шире остальных. Четвертая шейка воспринимает инерционные силы от движущихся масс двух цилиндров — третьего и четвертого. Седьмая же шейка воспринимает часть массы якоря генератора и является еще и упорной. Она заканчивается буртом, удерживающим коленчатый вал от осевых смещений. Для подвода масла от коренных шеек к шатунным выполнены наклонные каналы 9 с вставленными в них трубками. На заднем конце вала имеется фланец 7 для присоединения якоря генератора. Два отверстия во фланце с резьбой служат для рассоединения коленчатого вала и якоря генератора отжимными болтами. Между фланцем отбора мощности и седьмой коренной шейкой установлена разъемная шестерня 8 со спиральными зубьями, передающая вращение распределительному валу, валам топливного и водяного насосов. На переднем конце вала болтами прикреплен валоповоротный диск 1, имеющий по наружной цилиндрической поверхности двенадцать глухих отверстий, куда вставляют монтажный лом при повороте коленчатого вала вручную. Внешний торец диска 1 имеет два выштампованных ушка 2 со сменными кулачками, служащими водилом поводка вала масляного насоса и шкива привода редуктора вентилятора охлаждающего устройства.

3.3. Подшипники коленча коленчатого того вала Надежность работы вкладышей коленчатого вала в значительной степени определяет надежность работы дизеля и зависит от правильного подбора конструктивных параметров вкладышей, ма49

териала и условий смазывания, жесткости коленчатого вала, блока и постелей под вкладыши и от многих других факторов. Вкладыши коренных подшипников бывают толстостенные (толщина более 7 мм) и тонкостенные (2,5—7 мм). Толстостенные вкладыши постепенно уступили место в современных быстроходных дизелях тонкостенным. Тонкостенные вкладыши, имеющие меньшие размеры и массу, более экономичны для серийного производства и позволяют обеспечить взаимозаменяемость при сборке и ремонт без пришабровки и пригонки. Благодаря постановке тонкостенных вкладышей в постели подшипника с некоторым натягом достигается необходимая плотность их прилегания к шейке вала, что плохо обеспечивается при толстостенных вкладышах. Коренные подшипники дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 3.12) состоят из двух одинаковых бронзовых канавочных вкладышей 2, крышки 3, установленной на шпильках 4 на раме дизеля, и трубки, подводящей масло к отверстию а подшипника. Вкладыши установлены с натягом 0,26 мм, удерживающим их от проворачивания. От осевого смещения вкладыши фиксируются выступами д, входящими в пазы постелей рамы и крышек. По толщине вкладыши изготовляют по десяти градационным размерам. Толщина вкладыша нулевого градационного размера 7,5 мм, а десятого 10 мм. Толщина баббитовой заливки вкладышей 0,75 мм. Вкладыши подшипников отличаются по ширине. У четвертого она равна 179 мм, у седьмого — 208 мм, а у остальных — 146 мм.

Рис. 3.12. Коренные подшипники дизеля ПД ПД1М 1М (описание в тексте)

50

Вкладыши седьмого подшипника д имеют бурты, которые ограничивают перемещение вала в подшипнике. Рабочие поверхности буртов также залиты баббитом. Плотная посадка крышки в опоре разгружает шпильки 4 от срезывающих и изгибающих усилий. Вкладыши коренных подшипников бывают толстостенные (у дизелей типа Д100) и тонкостенные (у дизелей типов Д49, 11Д45, ПД1М ПД 1М и др.). Толстостенные вкладыши постепенно уступили место в современных быстроходных дизелях тонкостенным. Тонкостенные вкладыши, имеющие меньшие размеры и массу, более экономичны для серийного производства и позволяют обеспечить взаимозаменяемость при сборке и ремонте без пришабровки и пригонки. Благодаря постановке тонкостенных вкладышей в постели подшипника с некоторым натягом достигается необходимая плотность их прилегания к полостям, что плохо обеспечивается при толстостенных вкладышах. Коренные вкладыши дизелей 10Д100 (рис. 3.13) выполнены из бронзы и залиты слоем свинцовистого баббита БК БК2 2 толщиной 0,5— 0,7 мм. Толщина новых вкладышей 19 мм. Необходимость применения толстостенных вкладышей вызвана тем, что постели под вкладыши верхнего коленчатого вала в средней части сужены (чтобы можно было вынуть цилиндровые втулки из блока), и это значительно уменьшает опорную поверхность вкладышей. В этих условиях только толстостенные вкладыши обеспечивают необходимую жесткость опоры. Стремясь к унификации, вкладыши нижнего вала выполняют также толстостенными. В зависимости от нагрузки, воспринимаемой вкладышами, их делят на рабочие и нерабочие. Основную нагрузку от давления газов и сил инерции несут рабочие вкладыши (рис. 3.13, а, б), рас-

Рис. 3.13. Коренные вкладыши дизеля 10Д100: а, б — рабочие бесканавочные; в — нерабочий канавочный; г — упорный; д — сечение вкладыша по линии А—А

51

положенные в крышках подшипников нижнего и верхнего валов. Нерабочие вкладыши (рис. 31.3, в), уложенные в постели блока, выполнены одинаковыми для нижнего и верхнего подшипников. Они в середине имеют отверстие и канавку по всей полуокружности внутренней поверхности. Отверстие и канавка служат для подвода масла от масляного канала коленчатого вала. Эти вкладыши называют канавочными. Рабочие вкладыши выполнены бесканавочными. Для нижнего и верхнего подшипников они неодинаковы. Рабочие вкладыши подшипников верхнего вала (см. рис. 3.13, б) по наружной поверхности имеют канавку, сообщающуюся по концам с внутренней поверхностью двумя отверстиями. Масло из маслоподводящего канала в крышке подшипника поступает сверху в канавку вкладыша и далее по отверстиям в маслозахватывающие карманы, откуда увлекается вращающимся валом на шейку подшипника. Карманы у торцов вкладышей выполнены с плавным переходом поверхности для обеспечения «масляного клина» при вращении шейки. Рабочие вкладыши подшипников нижнего вала смазываются маслом, попадающим в их карманы по канавке от верхних канавочных вкладышей. Отсутствие канавки у рабочего вкладыша подшипника создает более благоприятную эпюру давления масла в смазочном слое. Известно, что для хорошей работы подшипников скольжения необходимо жидкостное трение, обеспечиваемое масляным слоем определенной толщины. Для обеспечения жидкостного трения необходимо, чтобы в несущей части масляного слоя как в поперечном, так и в продольном направлениях развивались такие гидродинамические давления, при которых результирующая сила обеспечивала бы поднятие вала относительно подшипника на вполне определенный минимальный размер, зависящий от высоты неровностей поверхностей вала и подшипника и от деформаций. Наличие смазочных канавок или неблагоприятное расположение смазочных поверхностей может значительно уменьшить несущую способность подшипника за счет уменьшения давления внутри масляного слоя. При бесканавочных вкладышах максимальное давление внутри масляного слоя значительно выше, чем при канавочных вкладышах. Вкладыши подшипников по толщине изготовляют по градационным размерам с интервалом между градациями 0,25 мм. Всего 52

градаций семь. Толщина вкладыша нулевого градационного размера 19 мм. Вкладыши от проворота и осевого смещения фиксируют штифтами. Одиннадцатые подшипники (см. рис. 3.13, г) нижнего и верхнего валов являются упорными. Они отличаются от опорных наличием по торцам нерабочих вкладышей буртов, которыми вкладыши охватывают опоры подшипников. К буртам по отверстиям и канавкам подводится масло. Коренные подшипники коленчатого вала дизеля 2А-5Д49 (рис. 3.14) имеют тонкостенные стальные вкладыши, залитые тонким слоем свинцовистой бронзы, на которую лужением нанесен приработочный слой свинцовистого сплава. Верхний вкладыш на внутренней поверхности имеет канавку, которая через отверстия сообщается с маслоподводящей канавкой в стойке блока цилиндров. Нижний вкладыш бесканавочный, около стыка имеет карманы для захвата и равномерного распределения масла по трущимся поверхностям подшипника. Вкладыши устанавливают в опорах с натягом, обеспечиваемым за счет выступания одного торца нижнего и верх него вкладышей над плоскостью разъема подшипника на 0,22— 0,26 мм. При затяжке болтов подшипника за счет натяга обеспечи-

Рис. 3.14. Коренные подшипники дизеля 2А-5Д49: 1 — верхний вкладыш; 2 — нижний вкладыш; 3 — штифт; 4 — полукольцо упорного подшипника; 5 — винт

53

вается плотное прилегание вкладышей к постелям. Дополнительное положение вкладышей фиксируется штифтом, запрессованным в подвеску блока. Упорный подшипник состоит из стальных полуколец, прикрепленных винтами к девятой стойке и подвеске блока. Опорная поверхность полуколец покрыта тонким слоем бронзы.

3.4. Назначение, устройство и принцип действия газораспределительного механизма Газораспределительный механизм управляет процессами впуска и выпуска газов в цилиндры дизеля. Конструкция механизма зависит от типа дизеля и системы продувки цилиндров. В двухтактных дизелях применяются прямоточные щелевая и клапанно-щелевая системы продувки цилиндров, в четырехтактных дизелях — только клапанные системы продувки. Крышки цилиндров. В крышке цилиндра и ее надстройке (в закрытии крышки, в клапанной коробке) расположены элементы распределительного механизма — клапаны и рычаги привода клапанов с толкателями. Поэтому конструкцию этих элементов рассмотрим совместно с конструкцией крышек цилиндров. Крышки служат для размещения впускных и выпускных клапанов, топливной форсунки и вместе с втулкой цилиндра и головкой поршня образуют рабочий объем цилиндра. Каждый цилиндр дизеля имеет индивидуальную крышку. При работе дизеля крышка испытывает высокое давление газов (до 12 МПа) и большие температурные напряжения, возникающие вследствие неравномерного нагревания и разной толщины отдельных частей крышки. Для снижения температуры и температурных напряжений внутренние полости крышки охлаждаются водой. Крышки цилиндров отливают из высокопрочного чугуна. В них имеются каналы для поступления воздуха к впускным клапанам, для выхода отработавших газов от выпускных клапанов, полости для охлаждения днища крышки и газовыпускного тракта. Крышка цилиндра дизеля 2А-5Д49. Днище крышки (рис. 3.15) в местах между клапанными и форсуночными отверстиями имеет меньшую толщину для более лучшего его охлаждения и более равномерного нагревания. В корпусе крышки 1 в чугунных направляющих втулках размещены два впускных 2 и два выпускных клапана 5. Посадочные пояски выпускных клапанов покрыты жаростойким и 54

Рис. 3.15. Крышка цилиндра с клапанным механизмом дизеля 2А-5Д49: 1 — крышка цилиндра; 2, 5 — впускной и выпускной клапаны; 3 — кольцо пружинное; 4 — седло; 6 — закрытие крышки; 7 — крышка закрытия; 8 — пружины клапанов; 9 — тарелка пружины с разрезными сухарями; 10 — рычаги клапанов; 11 — ось рычага; 12 — опорная вставка; 13 — толкатели рычагов; 14 — переходной патрубок; 15 — рычаг толкателя; 16 — втулка гидротолкателя; 17 — упор; 18 — пружины; 19 — шариковый клапан; 20 — толкатель; 21 — колпачок: 22 — ролик: 23 — ось рычага; а, в, г, е — отверстия; б — полость выпуска газов; д — полость подвода воздуха

износостойким кобальтовым сплавом. Для повышения долговечности выпускных клапанов в крышке установлены для них плавающие вставные седла 4, удерживаемые пружинными кольцами 3. Седла и стопорные кольца изготовлены из жаропрочных сталей. На верхнюю плоскость крышки установлено закрытие 6, уплотненное резиновым кольцом и прижатое к крышке шпильками. В корпусе закрытия крышки на осях 11 с втулками установлены рычаги 10 10,, каждый из которых открывает два одноименных кла55

пана. Усилие от штанг 13 толкателей через шаровую головку передается на верхний конец рычага, заставляя его поворачиваться относительно оси 11 11.. При повороте рычаг передает усилие на стержни клапанов через гидротолкатели, вставленные в расточки рычага. Гидротолкатели устраняют при работе дизеля зазор между рычагом и клапаном и тем самым снижают шумность их работы. Сущность работы гидротолкателя состоит в следующем. Из масляной системы дизеля через каналы в штанге и рычаге и отверстие в (см. выноску II) масло поступает в полость д между толкателем 20 и втулкой 16, вставленной в расточку рычага. Шарик 19 19,, лежащий на упоре 17, не препятствует перетеканию масла в полость гидротолкателя через отверстие е. В момент, когда кулачок распределительного вала, нажимая на ролик рычага 15 в лотке дизеля, подает через штангу 13 и рычаг 10 сигнал на открытие клапанов, давление масла в полости толкателя резко повышается и шарик перекрывает отверстие е. Тем самым создается масляная подушка, обеспечивающая беззазорную работу клапанов. Через нее усилие рычага передается на толкатель 20 и далее через колпачки 21 на шток клапана. Штоки клапанов для повышения износостойкости хромированы. Во избежание попадания масла из клапанной коробки в камеру сгорания на штоках клапанов имеются уплотнения, состоящие из фторопластовых колец и скребков. Каждый клапан удерживается в закрытом состоянии двумя пружинами 8, расположенными между нижними опорными и верхними удерживающими тарелками. Верхние тарелки удерживаются на штоке клапанов с помощью двух разрезных сухарей. К закрытию 6 крышки присоединен переходной патрубок 14, соединяющий полость клапанной коробки с лотком дизеля. Сверху над клапанным механизмом установлена крышка 7 закрытия, уплотненная резиновым кольцом. Клапанный механизм смазывается разбрызгиванием масла, поступающего из лотка дизеля. Из крышки цилиндра по отверстию в лотке и трубке в блоке дизеля масло стекает в картер. Охлаждающая вода поступает в крышку через отверстие а, а отводится через отверстие в. Крышка цилиндра дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 3.16) имеет вид восьмигранной коробки с обработанными верхними и нижними плоскостями и двумя боковыми гранями. Снизу на днище крышки имеется 56

Рис. 3.16. Цилиндровая крышка и клапаны дизеля ПД ПД1М: 1М: 1 — направляющая впускного клапана; 2 — клапан впускной; 3 — колпачок; 4 — тарелка клапанной пружины; 5 — прокладка; 6 — сухарь клапана; 7 — пружина малая; 8 — пружина большая; 9 — клапан выпускной; 10 — направляющая выпускного клапана; 11 — цилиндровая крышка; 12 — уплотнительный бурт

кольцевой бурт, которым крышка уплотнена на втулке цилиндра. Для увеличения охлаждающей поверхности днища в зоне выпускных клапанов расстояние между отверстиями для них выполнены несколько большими, чем между отверстиями для впускных клапанов. Отверстия под клапаны имеют обработанные посадочные места. Для направления клапанов в отверстия крышки запрессованы чугунные втулки: длинные — для выпускных и короткие — для впускных клапанов. Сквозные отверстия в крышке служат для 57

прохода штанг толкателей 11 и 12 12.. В центре крышки запрессована стальная втулка для установки форсунки. По наружному контуру крышки имеется восемь отверстий для прохода шпилек для крепления крышки к блоку дизеля 1. Четыре шпильки служат для крепления клапанной коробки 6 и ее крышки. Внутри крышки проходит канал, идущий от ее днища к отверстию в приливе на боковой поверхности крышки. В прилив ввернут индикаторный кран. Крышка охлаждается водой, поступающей от блока дизеля через шесть малых и два больших отверстия. Для распределения потока охлаждающей воды в отверстие, находящееся со стороны воздушного канала, запрессована чугунная втулка с диаметром проходного сечения 35 мм, а в отверстие со стороны выпускного канала — с диаметром 13 мм. Таким образом основной поток воды поступает со стороны наименее нагретой части крышки. Омывая дно и стенки крышки, вода поднимается вверх, равномерно охлаждая крышку, и через отверстие попадает в вертикальный патрубок водяного коллектора. Привод распределительного вала дизелей 5Д49 расположен на заднем торце блока цилиндров. Корпус привода состоит из четырех отдельных алюминиевых корпусов, в которых на подшипниках качения в стальных обоймах, запрессованных в приливы корпусов, размещены прямозубые и конические шестерни. Шестерни цементированы и закалены. Размещение шестерен в отдельных корпусах позволяет применять агрегатный метод ремонта. От коленчатого вала дизеля через систему прямозубых шестерен 1, 2, 3, 8, 12, 13, 16 (рис. 3.17) вращение передается полому шлицевому валу 11, который соединен с шестерней 16 наружными шлицами. Полый вал внутренними шлицами соединен с распределительным валом и приводит его во вращение. Шлицевой вал 11 имеет разное число наружных и внутренних шлицев, что позволяет при необходимости изменять взаимное положение распределительного и коленчатого валов без разборки всего привода. Для этого достаточно снять крышку на торце корпуса привода со стороны распределительного вала. Помимо распределительного вала, привод обеспечивает вращение валов механического тахометра, объединенного регулятора, привода якорей возбудителя и стартер-генератора, а также выключателя предельной частоты вращения. Вал 6 привода механи58

Рис. 3.17. Привод распределительного вала дизеля 5Д49: 1 — шестерня коленчатого вала; 2, 3, 5, 7—10 10,, 12 12,, 13 13,, 16 — шестерни привода; 4 — корпус; 6 — вал; 11 — шлицевой полый вал; 14 — вал привода стартер-генератора; 15 — штуцер для подвода масла к шлицевой втулке

ческого тахометра получает вращение от коленчатого вала через шестерни 1—3, 8, 10, 9, 5. С одной стороны на конце вала 6 имеются внутренние шлицы для привода механического тахометра, а с другой — коническая шестерня 7 для привода объединенного регулятора. Шестерня 9, изготовленная заодно с валом, служит для привода якоря возбудителя, а вал 14, получающий вращение от шестерни 8 через промежуточную шестерню, — для привода якоря стартер-генератора. Шестерни привода, подшипники и шлицевые соединения смазываются маслом, которое поступает по каналам из системы двигателя и разбрызгивается в корпусе. Привод распределительного и кулачкового вала дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 3.18) состоит из стальных термически обработанных цилиндрических шестерен 2, 3, 4, 1 с косыми зубьями, размещенных в корпусе на заднем торце блока дизеля. Корпус привода с крышкой крепится к раме дизеля длинными стяжными болтами, а к блоку дизе59

Рис. 3.18. Привод распределительных валов дизеля ПД ПД1М: 1М: 1—4 — шестерни; 5 — корпус; 6 — крышка корпуса; 7 — маслоуловитель; 8 — труба вентиляции картера; 9 — блок цилиндров; 10 — рама дизеля

ля — короткими. Шестерни 4 и 1 закреплены на концах кулачкового и распределительного валов. Шестерня 3 вращается в бронзовых втулках, залитых баббитом, на стальном валике, вставленном в отверстия разрезных щек кронштейна корпуса и зажатых стяжными болтами. Масло для смазывания подшипников и шестерен поступает через внутреннюю полость валика и по радиальному каналу в шестерне 3 к ее зубьям и разбрызгивается внутри корпуса. Частота вращения распределительного и кулачкового валов в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала. С шестерней 4 входит в зацепление шестерня водяного насоса. Распределительные валы. Для управления работой впускных и выпускных клапанов, а на дизелях типа 5Д49 еще работой топливных насосов соответственно порядку работы цилиндров служат распределительные валы. Распределительный вал 4 дизеля 5Д49 расположен в лотке 2 дизеля (рис. 3.19) и вращается в разъемных алюминиевых подшипниках 3. Один из подшипников является упорным. Он установлен первым со стороны приводной шестерни 14 и зафиксирован в корпусе лотка штифтом. Остальные подшипники опорные — они несут только радиальную нагрузку. От смещения подшипники удерживаются фиксаторами. Лоток состоит из 60

Рис. 3.19. Лоток: 1 — рычаги толкателей привода клапанов; 2 — корпус лотка; 3 — опорный подшипник; 4 — распределительный вал; 5 — вал привода реек топливных насосов; 6 — рычаг; 7 — топливный насос; 8, 9 — кулачковые шайбы для управления впускными и выпускными клапанами; 10 — зажимная гайка; 11 — кулачковая шайба для приведения в действие топливных насосов; 12 — рычаг управления рейками топливных насосов; 13 — зубчатая втулка; 14 — шестерня; 15 — шлицевой вал; 16 — упорные кольца; а — канал для масла

двух частей, соединенных болтами (на рис. 3.19 показана только часть лотка со стороны привода). С торцов он закрыт с одной стороны фланцем, а с другой — крышкой, уплотненной резиновыми кольцами. В крышке установлен редукционный клапан, к которому через штуцер подведена труба из масляной системы дизеля. Клапан отрегулирован на давление 0,25 МПа. Масло, поступившее в полость редукционного клапана, попадает в центральный канал а, проходящий вдоль всего лотка. От этого канала масло поступает по каналам в корпусе лотка на смазывание подшипников распределительного вала и его привода, толкателей топливных насосов, а также рычагов толкателей привода клапанов. Для смазывания клапанного механизма масло поступает по штанге толкателей. Распределительный вал на заднем конце имеет напрессованную приводную втулку 13 с наружными шлицами, которыми она соединяется с шлицевой втулкой (валом) 15 привода. Втулка 13 вместе с кольцами образуют опорно-упорную шейку распределительного вала. На валу 4 на фиксирующих шпонках установлены по восемь впускных 8, выпускных 9 и топливных 11 кулачковых 61

шайб, состоящих из двух половин и закрепленных на валу гайками 10 10.. Для создания достаточной силы трения, препятствующей провороту кулачковых шайб на валу, торцовые поверхности гаек и шайб выполнены с конусными заточками. Опорные шейки вала аналогичным образом закреплены на нем гайками. По наружной поверхности гайки имеют специальные прорези под ключ. Разъемные половины подшипников шеек распределительного вала стянуты болтами. Втулки, служащие опорными шейками вала, и кулачковые шайбы изготовлены из легированной стали. Рабочие поверхности втулок азотированы, а кулачковых шайб — цементированы и закалены. Благодаря разъемной конструкции подшипников и кулачковых шайб их замена может производиться без выемки вала из лотка — через боковые окна лотка. Половины шайб, втулок и подшипников вала маркированы одним порядковым номером. Замена их производится только комплектно. При установке на вал шайб и втулок после затяжки гаек необходимо контролировать зазор в стыке, который должен быть не менее 0,03 мм. Зазор является непременным условием обеспечения требуемого усилия затяжки втулок и шайб на валу. Привод клапанного механизма от кулачкового распределительного вала осуществляется посредством рычагов и штанг толкателей. Рычаги толкателей качаются на осях, закрепленных в кронштейнах лотка. Для уменьшения износа оси рычагов цементированы, а внутри рычагов установлены бронзовые втулки. В проушинах головок рычагов размещены оси, на которых на втулках плавающего типа (установленных с зазором с обеих сторон) вращаются ролики. Рабочая поверхность роликов выполнена бочкообразной, цементирована и закалена. Головки рычагов имеют гнезда, служащие пятой для установки штанг толкателей 13, верхние концы которых упираются в гнезда толкателей соответствующих рычагов клапанов. При вращении распределительного вала кулачковые шайбы, нажимая на ролики рычагов, передают усилия через штанги рычагам клапанов, открывая соответствующие клапаны. Конструкция штанги позволяет изменять ее длину и таким образом регулировать тепловые зазоры в рычажном механизме. Схема установки штанг толкателей приведена на рис. 3.20. 62

Рис. 3.20. Схема привода клапанов дизеля 5Д49: 1 — штанги к впускным клапанам; 2 — рычаги толкателей; 3, 4 — рычаги привода впускных и выпускных клапанов, 5 — топливный насос; 6 — штанги к выпускным клапанам

Распределительный вал дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 3.21) изготовлен из легированной стали и состоит из трех отдельных частей. Вал имеет двенадцать кулачков (по четыре на каждой части), из которых шесть служат для открытия впускных и шесть — выпускных клапанов. Рабочие поверхности кулачков выполнены по шаблону, цементированы и закалены. Части вала соединены при помощи двух фланцев, скрепленных восемью шпильками Конец одной части вала в фланцевом соединении своим выступом плотно входит в выточку другой части, что обеспечивает центровку их осей и увеличивает прочность соединения. Распределительный вал своими шейками лежит на семи опорных подшипниках, запрессованных в блок цилиндров, и на одном приставном, запрессованном в крышку, которая прикреплена к корпусу привода распределительного вала. Подшипники распределительного вала в виде втулок выполнены из бронзы с заливкой баббитом. В средней части каждого подшипника имеется кольцевая канавка с тремя радиальными отверстиями для масла. Снизу и сверху в подшипниках выполнены холодильники. Масло к подшипникам, кроме приставного, подводится по индивидуальным трубкам, идущим от распределительной масляной трубы 63

64 Рис. 3.21. Газораспределительный механизм дизеля ПД ПД1М: 1М: 1 — распределительный вал; 2 — блок цилиндров; 3 — кулачок вала; 4 — ролик рычага толкателя; 5 — рычаг толкателя; 6 — втулка рычага; 7 — штанга толкателя; 8 — крышка смотрового люка; 9 — цилиндровая крышка; 10 — впускной клапан; 11 — направляющая впускного клапана; 12 — пружина; 13 — тарелка пружины; 14 — рычаг впуска; 15 — ось рычага впуска; 16 — привод клапанов; 17 — толкатель; 18 — крышка клапанной коробки; 19 — рычаг выпуска; 20 — ось рычага; 21 — жиклер; 22 — ударник; 23 — направляющая выпускного клапана; 24 — выпускной клапан; 25 — форсунка; 26 — шестерня; 27 — маслопроводящая трубка; 28 — болт; 29 — колпачок; 30 — гайка; 31 — шпилька; 32 — фланец пружины; 33 — ось рычага; 34 — ось ролика; 35 — подшипник; 36 — опора; 37 — крышка

в раме дизеля. Масло из подшипников сливается в ванну распределительного вала, а оттуда в раму дизеля. У втулки приставного упорного подшипника снаружи в средней части сделана широкая кольцевая канавка с двумя радиальными каналами для протекания масла. От подшипника через штуцер по трубкам масло поступает для смазывания подшипников кулачкового вала топливных насосов и подшипников турбокомпрессора. Отсюда отводится трубка к манометру в кабине машиниста. На свободном конце вала у седьмого упорного подшипника на конической части на шпонке установлена приводная шестерня, закрепленная корончатой гайкой. От распределительного вала через рычаги толкателей и штанги усилие от кулачков передается рычагам клапанов.

3.5. Ша Шатунно-поршневая тунно-поршневая группа дизеля. Назначение, конструкция, принципы работы Поршни. Шатунно-поршневая группа представляет группу деталей кинематической пары — поршень-шатун, играющей важную роль в рабочем процессе дизеля. Деталями этой группы являются: поршень, уплотнительные и маслосъемные кольца поршня, палец, соединяющий поршень с шатуном, шатун и подшипники верхней и нижней головок шатуна. Головки поршней, находясь в непосредственном соприкосновении с горячими газами с температурой до 2000 °С, могут нагреваться до 600 °С, при этом они испытывают высокое давление газов (до 12 МПа). В связи с этим поршни изготавливают из высокопрочных металлов, а их головки охлаждают маслом. Применение масла в качестве охлаждающей жидкости, несмотря на его меньшую по отношению к воде эффективность, экономически и технически оправдано. Обеспечить надежное уплотнение охлаждающего тракта поршня так, чтобы вода не попала в масло, технически трудно. Попадание же воды в масло грозит серьезным ухудшением его свойств и может привести к тяжелым последствиям: задиру стенок цилиндров, шеек валов и т. д. Поршни изготавливают литьем или штамповкой. Материалом для них может служить сталь, чугун или алюминиевые сплавы. Они имеют форму стакана, нижняя часть которого (юбка) служит для направления во втулке, а верхняя (головка) совместно с цилинд65

ром и крышкой образуют рабочий объем цилиндра. Из-за разности температур, испытываемых различными частями поршня, он выполнен с некоторым увеличением диаметра от головки к юбке. Головка имеет меньший диаметр, чтобы исключить заклинивание ее в цилиндре при высокой температуре. По конструкции поршни делятся на составные и цельные. Составные поршни имеют отдельно головку и юбку (тронк), а в некоторых случаях вставку, соединяемые при помощи шпилек. Поршни дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 3.22) представляют цельную отливку из алюминиевого сплава (силумина). Коэффициент теплопроводности силумина в 4,25 раза больше, а плотность в 2,75 раза меньше, чем у чугуна. Использование материала с высокой теплопроводностью позволило не применять специальное охлаждение поршня. Благодаря

Рис. 3.22. Поршень дизеля ПД ПД1М: 1М: 1 — втулка цилиндра; 2, 5 — маслосъемные кольца; 3 — заглушка; 4 — поршневой палец; 6, 7 — компрессионные кольца; 8 — поршень

66

большому заряду свежего воздуха, подаваемого в цилиндры дизеля, головки поршней сверху хорошо охлаждаются воздухом, а снизу они охлаждаются брызгами масла при работе дизеля. Головка поршня выполнена толстостенной с плавным переходом к цилиндрической поверхности. Торец имеет вогнутую поверхность с четырьмя вырезами для размещения головок клапанов при нахождении поршня в верхнем положении. Вогнутая форма поверх ности днища способствует лучшему смешиванию распыленного топлива с воздухом и лучшему его сгоранию. На головке и юбке поршня проточены канавки для размещения четырех уплотнительных и трех маслосъемных (одно маслосъемное кольцо расположено в верхней части поршня, а два — в нижней) колец. В канавках под маслосъемные кольца просверлены отверстия для стекания масла, снятого со стенок цилиндра кольцами. В бобышках поршня расположен палец, удерживаемый от осевых перемещений заглушками, установленными в отверстиях с натягом. Палец смазывается от головки шатуна, а затем масло стекает в картер через прорезы в заглушках и по каналам в юбке поршня. Поршневые пальцы служат для соединения верхних головок шатунов с поршнями. Они изготовлены из высоколегированных хромоникелевых сталей. Наружная поверхность пальцев цементируется (науглероживается) на глубину 1,2—1,5 мм, шлифуется и полируется. По способу закрепления в поршне пальцы выполняют неподвижными и плавающими. Пальцы плавающего типа имеют также осевой зазор в соединении с поршнем. Пальцы смазывают через головки шатунов. У дизеля внутри пальца вставлена втулка, развальцованная по концам. Таким образом, между телом пальца и втулкой образуется камера, куда по четырем отверстиям в середине пальца масло поступает из кольцевой канавки втулки головки шатуна. Из камеры масло вытекает на поверхность пальца по восьми отверстиям, расположенным по его концам. Поршни дизелей типа Д100 (нижний и верхний) несколько отличаются друг от друга формой днища как с наружной, так и внутренней стороны и поэтому невзаимозаменяемы. На дизелях Д100 установлены поршни трех вариантов (3, 3А и 5), в конструкции которых много одинаковых или аналогичных деталей. С 1972 г. устанавливаются поршни бесшпилечной конструкции (вариант 5). Они 67

отличаются креплением вставки 4 (рис. 3.23) стопорным кольцом 7, а не шпильками, ввернутыми в приливы головки поршня, и применением циркуляционной системы охлаждения головки поршня. Поршень состоит (см. рис. 3.23) из стакана 1, изготовленного из высоколегированного серого чугуна, вставки 4 с установленными сверху и снизу плитами 2, 6 и регулировочными прокладками 3, 5, с помощью которых регулируется линейный размер камеры сжатия. Вставка удерживается в корпусе стопорным кольцом 7. Применение такого способа соединения вместо шпилечного по зволило устранить концентрации напряжений в головке поршня от резьбовых отверстий. В отверстиях вставки в бронзовых втулках 8 свободно (скользящая посадка) вставлен поршневой палец 9 для соединения с головкой шатуна. На корпусе снаружи проточены канавки а, б для уплотнительных колец (четыре верхних) и маслосъемных (три нижних). Рабочая цилиндрическая часть поршня покрыта оловом для устранения задиров, а головка поршня над верхней канавкой покрыта хромом для предупреждения образования окалины от действия горячих газов. Головки поршня охлаждаются маслом, циркулирующим по ее каналам. В отличие от поршней вариантов 3 и 3А в бесшпилечных поршнях каналы масляного охлаждения расположены симметрично

Рис. 3.23. Поршень дизеля 10Д100: 1 — стакан; 2, 6 — плиты; 3, 5 — прокладки регулировочные; 4 — вставка; 7 — кольцо стопорное; 8 — втулка; 9 — палец; 10 — ползушка; 11 — пружина; а, б — канавки для уплотнительных и маслосъемных колец

68

относительно камеры сгорания, что обеспечивает довольно равномерное распределение термических напряжений в головке поршня. Масло для охлаждения поршня поступает по осевому каналу в шатуне к его головке и далее через отверстия по кольцевой канавке во втулке-подшипнике подается к головке поршня. Из головки поршня масло сливается в картер. Поршень дизелей типа Д49 составной. Штампованная головка поршня 2 (рис. 3.24) из жаростойкой стали соединена с алюминиевым тронком 6 при помощи шпилек. Для улучшения прирабатываемости поверхность тронка покрыта дисульфидом молибдена. На головке имеются четыре канавки под три трапециевидных

Рис. 3.24. Шатунно-поршневая группа дизелей типа Д49: 1 — главный шатун; 2 — поршень; 3 — пружина; 4 — стакан; 5 — маслосъемное кольцо с экспандером; 6 — тронк; 7 — втулка верхней головки шатуна; 8 — палец; 9 — стопорное кольцо; 10 — болт прицепного шатуна; 11 — прицепной шатун; 12 — палец прицепного шатуна; 13 — втулка-подшипиик; 14 — шатунные болты; 15 — крышка; 16 — вкладыши; а, в, г, д, е — каналы; б — полость охлаждения; ж — отверстие под штифт; з — зубчатый стык

69

уплотнительных кольца и одно маслосъемное, а на тронке — одна под маслосъемное кольцо 5 с пружинным расширителем (экспандером). Поршневой палец 8 плавающего типа изготовлен из легированной стали, азотирован и цементирован. От осевого смещения палец удерживается стопорными кольцами 9. Масло для охлаждения поршня поступает из головки шатуна через отверстие в прижатый к ней пружиной 3 стакан 4 и далее от центра днища по отверстиям а в тронке перетекает в периферийную полость охлаждения б, откуда по каналу в тронке стекает в картер. Для поддержания уровня масла в полости охлаждения в этот канал запрессована трубка, конец которой возвышается над тронком на 15 мм. Поршневые пальцы. Пальцы служат для соединения верхних головок шатунов с поршнями. Они изготовлены из высоколегированных хромоникелевых сталей. Наружная поверхность пальцев цементируется (науглероживается) на глубину 1,2—1,5 мм, шлифуется и полируется. По способу закрепления в поршне пальцы выполняют неподвижными и плавающими. Неподвижное соединение пальца со вставкой поршня сделано в дизелях 2Д100. У поршней дизелей 10Д100 и 5Д49, ПД ПД1М 1М палец свободно с зазором вставляется в отверстия бобышек вставки, тронка или корпуса поршня, а также во втулку головки шатуна. Пальцы плавающего типа имеют также и осевой зазор в соединении с поршнем. Пальцы смазываются через головки шатунов. У дизеля ПД ПД1М 1М внутри пальца вставлена втулка, развальцованная по концам. Таким образом, между телом пальца и втулкой образуется камера, куда по четырем отверстиям в середине пальца масло поступает из кольцевой канавки втулки головки шатуна. Из камеры масло вытекает на поверхность пальца по восьми отверстиям, расположенным по его концам. Поршневые кольца. Для обеспечения надежного уплотнения порш ня в цилиндре на поршнях устанавливают уплотнительные кольца. Для регулирования подачи масла к трущимся поверхностям втулки цилиндра установлены маслосъемные кольца. Весь комплект колец служит для уплотнения надпоршневого пространства и ограничения потерь масла «на угар». От конструктивно технологических особенностей поршневых колец, а также от состояния их в эксплуатации экономичность дизелей по расходу масла мо70

жет меняться в 5–10 раз. Поэтому к качеству изготовления поршневых колец, материалу и качеству пригонки по канавкам поршней предъявляют высокие требования. Кольца ставят в канавки поршней с определенным зазором. Постановка кольца с малым зазором может привести к заеданию кольца в канавке и ухудшению его уплотнительных свойств. Постановка кольца с увеличенным зазором повышает насосное действие колец (рис. 3.25), заключающееся в том, что кольцо, имея зазор по высоте, при работе поршня попеременно прижимается то к низу, то к верху канавки. При этом масло периодически перекачивается от одной канавки к другой. С одной стороны, это насосное действие колец благоприятствует работе цилиндро-поршневой группы, так как обеспечивает подачу масла к верхнему поясу цилиндровой втулки, но, с другой, — приводит к увеличению расхода масла и нагарообразованию. Трапециевидная форма канавок поршня дизеля ПД ПД1М 1М усиливает перемычку между соседними канавками и уменьшает нагар в канавках за счет самоочистки. Форма второй пары уплотнительных колец поршней дизеля прямоугольная с коническим скосом. Эти кольца обеспечивают повышенное давление за счет узкой цилиндрической поверхности и хороший контакт со стенками цилиндров. Маслосъемные кольца должны иметь узкую опорную поверхность и большую упругость для создания высокого давления на стенку. Их форма должна обеспечивать скребковое действие, чтобы регулировать количество масла, оставляемого на стенках цилиндра. Наиболее эффективны кольца коробчатого типа. Коробчатые кольца с двойной скребковой поверхностью устанавливаются на поршнях дизелей. У этих колец по периметру канавки профрезерованы две-

Рис. 3.25. Схемы насосного действия уплотнительных колец (а—в) и схема скребкового действия маслосъемных (г) поршневых колец: 1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — уплотнительное кольцо; 4 — маслосъемное кольцо

71

надцать радиальных сквозных пазов. Таким образом, кольцо состоит как бы из двух частей — верхней и нижней, соединенных узкими перегородками, которые остаются после фрезеровки сквозных отверстий. Как верхняя, так и нижняя часть кольца имеют конусный срез в одну сторону. Такая конструкция дает возможность маслосъемному кольцу при движении поршня вверх скользить по маслу, при движении вниз острыми кромками соскабливать масло со стенок цилиндров. Кольца поршней дизеля изготовлены из высокопрочного легированного чугуна. Трапециевидные кольца поршней покрыты пористым хромом, что повышает срок службы колец в 3—4 раза и уменьшает износ цилиндровых втулок. Пара колец прямоугольного сечения с коническим скосом для улучшения приработки покрыта тонким слоем полуды. Форма сечения поршневых колец для разных дизелей различна (рис. 3.26, а). Наиболее простейшую и часто встречающуюся форму уплотнительных колец — прямоугольную (рис. 3.26, а) — имеют кольца поршней дизелей типа Д100 и некоторых других. Дизели типа Д49 имеют кольца трапециевидной формы (рис. 3.26, б), такую же форму имеют два верхних кольца поршней дизеля ПД ПД1М. 1М. Трапециевидная форма канавок поршня усиливает перемычки между соседними канавками и уменьшает нагар в канавках за счет само-

Рис. 3.26. Формы сечений и замки поршневых колец: а — прямоугольное; б — трапециевидное; в — коническое с узким опорным пояском; г — прямоугольное с медной вставкой; д — скребковое с прорезью; е — скребковое без прорези; ж — коробчатое с двойной скребковой поверхностью; з — кольцо с прямым замком; и — кольцо с косым замком; к — кольцо со ступенчатым замком

72

очистки. Форма второй пары уплотнительных колец поршней дизеля ПД ПД1М 1М прямоугольная с коническим скосом (рис. 3.26, в). Эти кольца обеспечивают повышенное давление за счет узкой цилиндрической поверхности и хороший контакт со стенками цилиндров. Второе и четвертое кольца поршней дизеля 10Д100 на наружной поверхности имеют с двух сторон скосы для лучшей приработки, а между скосами в средней части имеют выточку, в которую завальцовывается бронзовое кольцо (рис. 3.26, г). Бронзовое кольцо-вставка улучшает первоначальную приработку кольца к поверхности цилиндровой втулки. Бронзовая вставка изнашивается быстрее чугунного кольца, образуя на стенке цилиндра металлическую пленку, которая предохраняет стенку от задиров. Маслосъемные кольца должны иметь узкую опорную поверхность и большую упругость для создания высокого давления на стенку. Их форма должна обеспечивать скребковое действие, чтобы регулировать количество масла, оставляемого на стенках цилиндра. Наиболее эффективны кольца коробчатого типа (рис. 3.26, д—ж). На поршнях дизелей типа Д100 применяют два типа коробчатых колец: с прорезями (см. рис. 3.26, д) и без прорезей (см. рис. 3.26, е). Коробчатые кольца с двойной скребковой поверхностью (см. рис. 3.26, ж) устанавливаются на поршнях дизелей типов Д49 и ПД ПД1М. 1М. У этих колец по периметру канавки профрезерованы двенадцать радиальных сквозных пазов. Таким образом, кольцо состоит как бы из двух частей — верхней и нижней, соединенных узкими перегородками, которые остаются после фрезеровки сквозных отверстий. Как верхняя, так и нижняя часть кольца имеют конусный срез в одну сторону. Такая конструкция дает возможность маслосъемному кольцу при движении поршня вверх скользить по маслу, при движении вниз острыми кромками соскабливать масло со стенок цилиндров (см. рис. 3.26, г). Маслосъемное коробчатое кольцо поршня дизеля 2А-5Д49 имеет экспандер (пружинное кольцо). Материал поршневых колец должен обладать возможно меньшим коэффициентом трения, так как обычно потери на трение при работе поршней и поршневых колец составляют 50—60% всех механических потерь в двигателе. Поршневые кольца должны иметь высокий коэффициент теплопроводности, так как 75—80% тепла, полученного поршнем, отводится поршневыми кольцами. Кроме того, необходимо, чтобы кольца под влиянием высоких темпера73

тур не теряли свою упругость. Наиболее эффективное уплотнение поршневыми кольцами достигается при минимальном зазоре между поршнем и втулкой цилиндра, правильной цилиндрической форме втулки и соответствующей чистоте обработки ее поверхности (зеркала). По мере износа втулки, поршней, поршневых колец, особенно маслосъемных, увеличивается расход масла за счет попадания его в камеру сгорания, где оно частично сгорает, а частично коксуется, что приводит к пригоранию поршневых колец. Верхнее уплотнительное кольцо находится не только в тяжелых температурных условиях, но испытывает и наибольшую силовую нагрузку. Если принять максимальное давление в цилиндре за единицу, то 0,75 приходится на первое кольцо, 0,20 на второе и 0,05 на третье. Поэтому первое и второе кольца изготавливают из более прочного материала и хромируют. У поршней дизеля 10Д100 кольца изготавливают из высокопрочного чугуна. Кольца первой и третьей канавок хромированы, а на внешней части проточены маслоудерживающие канавки и нанесено приработочное медно-дисульфидмолибденовое покрытие. Остальные уплотнительные кольца выполнены с бронзовыми вставками. Кольца поршней дизелей Д49 и ПД ПД1М 1М также изготовлены из высокопрочного легированного чугуна. Трапециевидные кольца поршней (поверхности трения о цилиндр) покрыты пористым хромом, что повышает срок службы колец в 3–4 раза и уменьшает износ цилиндровых втулок. Пара колец прямоугольного сечения с коническим скосом поршней дизеля ПД ПД1М 1М для улучшения приработки покрыта тонким слоем полуды. Замки поршневых колец выполняют преимущественно косыми (рис. 3.26, и). У дизеля 10Д100 первое и третье у нижнего и только одно верхнее у верхнего поршней кольца имеют прямые замки (рис. 3.26, з). Такие же замки имеют трапециевидные кольца, а также маслосъемные кольца поршней дизеля ПД ПД1М. 1М. Маслосъемные кольца поршней дизеля 10Д100, не имеющие сквозных прорезей, выполняют со ступенчатым замком (рис. 3.26, к). Шатуны. Шатуны передают усилия, действующие на поршни, шатунным шейкам коленчатого вала дизеля. Они испытывают большие динамические нагрузки. Изготовлены шатуны из высококачественной легированной стали штамповкой. Если шатунная шейка коленчатого вала связана с одним поршнем (дизели Д100 74

и ПД ПД1М), 1М), то шатун представляет собой фасонный стержень двутаврового сечения с верхней и нижней головками (рис. 3.27, а, б). Нижняя головка разъемная. Крышка шатуна 5 крепится к стержню шатунными болтами 7 из хромоникелевой стали. В средней части болты имеют пояски для центровки шатуна и крышки. Поверхность болтов должна быть полированной без каких-либо концентраторов напряжений. Головки болтов круглые с лысками для удержания от проворачивания при затяжке. В верхнюю головку шатуна запрессована втулка 2, служащая подшипником для поршневого пальца. У дизеля ПД ПД1М 1М втулка 2 целиком бронзовая, а у дизелей типа Д100 она состоит из двух неразъемных втулок — наружной стальной и внутренней бронзовой. У внутренней втулки по всей поверхности прорезаны наклонные канавки, служащие для равномерного распределения масла по поверхности пальца. Втулки головок в средней части имеют кольцевую канавку и отверстия для подвода масла. Шатунный подшипник нижней головки шатуна состоит из двух бронзовых вкладышей, залитых слоем баббита толщиной 0,5—

Рис. 3.27. Шатуны дизелей 10Д100 (а) и ПД ПД1М 1М (б): 1 — стержень шатуна; 2 — втулка верхних головок шатуна; 3, 4 — вкладыши подшипников; 5 — крышка шатуна; 6 — гайка; 7 — шатунный болт; 8 — штифт; 9 — контрольный штифт; а, б — каналы для смазывания

75

0,7 мм. Около стыков вкладышей с одной и другой стороны выфрезерованы холодильники для создания масляного клина. Вкладыши шатунных подшипников дизелей типа Д100 невзаимозаменяемы. Вкладыш, устанавливаемый в расточку корпуса шатуна, является наиболее нагруженным и называется рабочим бесканавочным вкладышем. Его внутренняя поверхность не имеет канавки (см. рис. 3.27, а, вид А). По среднему сечению вкладыша с обоих концов выфрезерованы карманы, в которых просверлены отверстия, соединяющиеся с косыми каналами маслопровода шатуна. Косые каналы а соединяются с центральным каналом б в стержне шатуна. Вкладыш, располагающийся в крышке шатуна (см. рис. 3.27, а, вид Б) имеет кольцевую канавку и называется нерабочим канавочным вкладышем. В центре канавки просверлено отверстие. У вкладышей дизеля 2Д100 оно служит для подачи масла к продольному каналу в шатуне и далее на смазывание втулки пальца шатуна. У этого дизеля оба вкладыша канавочные и они взаимозаменяемые. Опыт показывает, что у таких вкладышей возможно возникновение полусухого трения в шатунном подшипнике, вызывающего повреждение вкладышей и задиры шеек осей. Поэтому на дизелях 10Д100 менее нагруженный (нерабочий) вкладыш сделан взаимозаменяемым с вкладышами дизеля 2Д100, а рабочий выполнен бесканавочным, обладающим большей несущей способностью. Верхняя головка шатунов дизеля типа Д100 имеет шаровую поверхность, к которой притерта ползушка, служащая для приема масла в охлаждающую полость поршня и уплотнения от утечек масла по поверхности между нею, головкой шатуна и вставкой. Шатуны нижнего и верхнего поршней дизелей Д100 невзаимозаменяемы. Нижний длиннее верхнего на 102,2 мм. Шатунные подшипники дизеля ПД ПД1М 1М состоят из двух взаимозаменяемых бронзовых вкладышей, удерживаемых от осевого смещения буртами. От проворачивания вкладыши фиксируются штифтом 8, устанавливаемым в отверстие нижней половинки подшипника. Отверстие в верхнем вкладыше служит для соединения с маслопроводом стержня шатуна. У всех дизелей шатунные вкладыши устанавливаются в постели подшипников с натягом, который должен обеспечить непроворачиваемость вкладышей в процессе работы дизеля. Возвышение одно76

го конца каждого вкладыша над плоскостью разъема для создания нормального натяга должно составлять 0,11–0,13 мм. У дизелей с V-образным расположением цилиндров каждая шатунная шейка коленчатого вала воспринимает усилие сразу от двух шатунно-поршневых групп. В этом случае шатун одной шатуннопоршневой группы присоединяется непосредственно к шейке коленчатого вала и называется головным, а второй шатун шатуннопоршневой группы присоединяется к развитой головке главного шатуна и называется прицепным. Есть конструкции, когда оба шатуна присоединяются непосредственно к шейке коленчатого вала. Соединение двух шатунов называют шатунным устройством. У дизелей типа 5Д49 оно состоит из главного 1 (см. рис. 3.24) и прицепного 11 шатунов. Прицепной шатун своей расточкой в нижней части опирается на палец 12 и крепится к нему двумя болтами, составляя единое целое. Палец 12 вставлен в проушины развитой нижней головки главного шатуна. Втулка 13, запрессованная в проушины, служит подшипником для пальца. В верхние головки шатунов запрессованы стальные втулки 7, внутренняя поверхность которых покрыта свинцовистой бронзой. Кольцевая проточка в средней части втулок сообщается двумя отверстиями с каналами маслопровода от шейки коленчатого вала к поршню. Нижняя головка главного шатуна имеет зубчатый стык з с крышкой 15 шатуна, препятствующий поперечному смещению крышки. Крышки притянуты к головке четырьмя болтами 14, резьба которых для повышения усталостной прочности обкатана. С этой же целью внутренние поверхности головки шатуна под вкладышем упрочнены накаткой. Вкладыши 16 шатунных подшипников стальные тонкостенные, залитые свинцовистой бронзой. Наружные поверхности вкладышей покрыты тонким слоем меди для устранения фреттинг-коррозии, возникающей при взаимных микроперемещениях соприкасающихся тел. Внутренняя поверхность вкладышей для улучшения прирабатываемости покрыта тонким слоем свинцовистого сплава. Расточка вкладышей подшипника выполнена с некоторым увеличением диаметра от середины к краям (гиперболической). Такая форма расточки создает лучшие условия для гидродинамического режима смазывания подшипника с учетом упругих деформаций шеек коленчатого вала. 77

Шатунные вкладыши устанавливают с натягом, и их положение фиксируется штифтами, запрессованными в стержень и крышку шатуна. Для перетока масла в нижнем вкладыше имеется проточка с отверстиями, по которым масло с шатунной шейки поступает в канал д нижней крышки и перетекает к каналам стержней шатунов. Часть масла направляется по продольному каналу главного шатуна для смазывания верхней головки и охлаждения поршня, а часть масла поступает через канал е в пальце 12 прицепного шатуна к каналу г шатуна и далее на смазывание головки шатуна и охлаждение поршня шатунно-поршневой группы с прицепным шатуном. Шатуны — ответственные и тяжелонагруженные детали. Поэтому их поверхности упрочняют дополнительно наклепом дробью. Для обеспечения условий уравновешивания шатунно-поршневых групп детали их собираются комплектно. При переработке все детали комплекта (шатун с крышкой, болты, гайки) должны быть поставлены на свои места по меткам, иметь определенные массу и размеры. Каждый комплект должен быть промаркирован.

Глава 4. ТОПЛИВОПОДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА Подачу топлива в цилиндры дизеля в заданном количестве и в определенное время, а также равномерное распределение топлива по объему камеры сгорания в распыленном состоянии должна обеспечивать топливная аппаратура. Топливо впрыскивается в камеры сгорания цилиндров в нужный момент и в определенном количестве в мелко распыленном виде, обеспечивающем надежное воспламенение топлива, при помощи топливоподкачивающих устройств дизелей. К ним относятся: кулачковые валы с толкателями, топливные насосы высокого давления и форсунки. Принципиально процесс подачи топлива в цилиндры рассматриваемых дизелей осуществляется одинаково. Дизели Д100, Д49 и ПД ПД1М 1М имеют индивидуальные на каждый цилиндр насос и форсунку в отличие от дизелей 11Д45, 14Д40, М756, у которых топливные насосы объединены в отдельные блоки. Все насосы высокого давления реализуют большие давления впрыскивания топлива (до 80—90 МПа), чем достигается хорошее его распыливание и смешивание с воздухом. В любом топливном насосе основным элементом, осуществляющим подачу и дозировку топлива, является насосный элемент — плунжерная прецизионная пара, состоящая из гильзы и плунжера, хорошо пригнанных и притертых друг к другу. Принцип устройства топливоподающей аппаратуры дизелей типов Д100, Д49 и ПД ПД1М 1М можно уяснить из схемы, представленной на рис. 4.1. Плунжер 10 топливного насоса перемещается в гильзе 11 под действием толкателя 4, ролик 3 которого опирается на кулачок 2 вала топливных насосов. Ролик прижат к кулачку пружиной 5, размещенной в корпусе 6 толкателя. При вращении кулачкового вала толкатель будет совершать возвратно-поступательные перемещения. Такие же перемещения будет совершать плунжер насоса, ход вниз которого обеспечивается пружиной 7. Топливо из топливной системы подводится в полость над плунжером насоса. При движении плунжера вверх топливо, поступив79

Рис. 4.1. Принципиальная схема топливной аппаратуры: 1 — распределительный вал; 2 — кулачок; 3 — ролик толкателя; 4 — толкатель; 5, 7, 15 — пружины; 6 — корпус толкателя; 8 — корпус топливного насоса; 9 — шестерня; 10 — плунжер; 11 — гильза плунжера; 12 — нагнетательный клапан; 13 — топливопровод высокого давления; 14 — зубчатая рейка; 16 — шток; 17 — корпус форсунки; 18 — игла; 19 — сопловой наконечник

шее в полость над ним, подается через нагнетательный клапан 12 12,, прижатый к седлу пружиной, в трубопровод 13 высокого давления, идущий к форсунке. Как всякая жидкость, топливо практически несжимаемо, и поэтому нагнетание его связано с повышением давления, достаточного для того, чтобы, поступив в полость форсунки, поднять иглу 18, прижатую к седлу пружиной 15, через шток 16 16.. Порция топлива, попавшая под иглу в рыспылитель, впрыскивается в цилиндр под высоким давлением и распыливается. При падении давления игла форсунки под действием пружины 15 закрывает доступ топлива к распылителю. 80

Обратный ход плунжер совершает под действием пружины 7. При этом в надплунжерное пространство топливо снова поступает из топливного коллектора. Количество топлива (порция), подаваемого в цилиндры дизеля, зависит от положения плунжера, которое устанавливается зубчатой рейкой 14, входящей в зацепление с его шестерней 9. Изменение Рис. 4.2. Головка плунжера: подачи топлива определяется положени- а — кольцевая канавка; б — ем винтовой кромки канавки на плунжере вертикальный канал; в — торец головки; г — отсечотносительно отверстия в гильзе 11. Каная винтовая кромка навка на головке плунжера представляет кольцевую проточку, верхняя часть кромки которой скошена по спирали (рис. 4.2). Кольцевая выемка а соединена с торцом плунжера в продольной канавкой б. Двигаясь вверх из крайнего нижнего положения 1 (рис. 4.3), плунжер вытесняет находящееся над ним топливо обратно через отверстие в гильзе до тех пор, пока верхняя кромка плунжера не перекроет это отверстие (положение 2). Положение 2 соответствует геометрическому началу подачи топлива в цилиндр. Плунжер, двигаясь далее вверх, давит на оставшееся топливо. Давление топлива быстро растет, и оно через нагнетательный клапан поступает к

Рис. 4.3. Схема положений головки плунжера в гильзе при работе топливного насоса: 1 — нижнее положение; 2 — начало подачи топлива; 3 — подача; 4 — конец подачи; 5 — вытеснение топлива в картер; 6 — начало поступления топлива в насос

81

форсунке до тех пор, пока плунжер скошенной кромкой не подойдет к отверстию (положение 4). Это положение называют геометрическим концом подачи топлива, а ход плунжера от положения 2 до положения 4 — полезным ходом плунжера. Дальнейшее движение плунжера сопровождается падением давления в надплунжерном пространстве, так как топливо через продольную и далее через кольцевую канавки будет вытесняться обратно в топливный коллектор, и нагнетательный клапан при этом под действием пружины закроет доступ топлива к форсунке. При обратном движении плунжера вниз из положения 6 топливо будет поступать в надплунжерное пространство по проточкам в нем до момента перекрытия головкой плунжера отверстия в гильзе (положение 4). После достижения положения 2 топливо снова поступает в надплунжерное пространство. Цикл работы топливного насоса будет повторяться при каждом обороте коленчатого вала у двухтактных дизелей и один раз за два оборота коленчатого вала — у четырехтактных. Изменение порции топлива, подаваемого в цилиндры, достигается поворотом плунжера вокруг своей оси. При этом отсечная кромка винтовой канавки раньше или позже будет перекрывать отверстие в гильзе в зависимости от того, в какую сторону повернут плунжер — на увеличение подачи топлива или на уменьшение. Если плунжер находится в таком положении, что его вертикальный паз совмещен с отверстием в гильзе, то топливо в цилиндры подаваться вообще не будет, так как надплунжерное пространство на всем ходу плунжера сообщается с топливным коллектором. Минимальная подача топлива соответствует минимальному полезному ходу плунжера, когда отверстие в гильзе перекрывается винтовой кромкой возле вертикального паза. Максимальная подача насоса обеспечивается при таком повороте плунжера, когда отверстие в гильзе перекрывается горизонтальной кромкой кольцевой проточки. Это положение соответствует максимальному полезному ходу плунжера . Плунжер, головка которого имеет цилиндрическую верхнюю и скошенную винтовую нижнюю кромку, обеспечивает одинаковый угол начала подачи топлива независимо от того, какое количество топлива нужно подать в цилиндры дизеля. Количество подава82

емого топлива в этом случае изменяют за счет конца подачи, т.е. за счет винтовой кромки. Такое регулирование имеют топливные насосы большинства дизелей, в том числе и дизели Д100 и ПД ПД1М. 1М. Топливная аппаратура дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 4.4) сосредоточена в блоке, расположенном с левой стороны дизеля. Основой блока служит картер 6 топливных насосов, в котором на трех опорных подшипниках вращается кулачковый вал 9, имеющий шесть термически обработанных кулачков, смещенных относительно друг друга на 60° (соответственно порядку работы цилиндров). К кулачковому валу присоединен его приводной вал, получающий вращение так же, как газораспределительный вал, от коленчатого вала дизеля через систему из трех шестерен. В расточках картера над каждым кулачком перемещаются толкатели 10 с роликами, вращающимися на бронзовых осях. В корпусе толкателей запрессованы штоки, верхние концы которых подпирают хвостовики плунжеров топливных насосов. На выступах верхней части корпуса надеты внутренний и наружный стаканы, которые вместе с втулкой, входящей в кольцевой зазор между этими двумя стаканами, образуют лабиринт, предохраняющий нижнюю полость картера от просочившегося топлива. Сверху над толкателями на корпусе картера установлены топливные насосы 5 (рис. 4.5). В передней части блока размещены: регулятор 3 частоты вращения вала дизеля с его приводом 2 и электропневматическим механизмом 1; регулятор 11 предельной частоты вращения; рукоятка 4 экстренной остановки дизеля. Регулятор предельной частоты вращения размещен на валу топливных насосов и в случае превышения допустимой частоты вращения коленчатого вала дизеля отключает топливные насосы. Привод регулятора частоты вращения дизеля осуществляется от переднего конца кулачкового вала через цилиндрическую и коническую пары шестерен. На блоке с боку по оси каждого топливного насоса имеются кнопки 7, предназначенные для отключения отдельных насосов. Топливо к насосам поступает из топливного коллектора. Качество работы топливной аппаратуры во многом зависит от состояния прецизионных пар: плунжерной пары (плунжера и гильзы), нагнетательного клапана топливного насоса высокого давле83

84 Рис. 4.4. Топливная аппаратура дизеля ПД ПД1М: 1М: 1 — механизм электропневматический; 2 — корпус привода; 3 — регулятор частоты вращения и его привод; 4 — рукоятка экстренной остановки дизеля; 5 — топливный насос высокого давления; 6 — картер топливного насоса; 7 — кнопка включения секции топливного насоса; 8 — тяга экстренного выключения топливного насоса; 9 — вал кулачковый; 10 — толкатель; 11 — регулятор предельной частоты вращения

Рис. 4.5. Секция топливного насоса высокого давления: 1 — штуцер; 2 — пружина клапана; 3 — клапан нагнетательный; 4 — седло клапана; 5 — прокладка; 6 — корпус; 7, 12 — винты; 8 — гильза плунжера; 9 — плунжер; 10 — рейка; 11 11,, 17 — верхняя и нижняя тарелки; 13 — кольцо разрезное; 14 — пружина плунжера; 15 — поворотная гильза; 16 — стакан; 18 — стопорное кольцо

ния (клапана и его седла) и распылителя форсунки (иглы и корпуса). Детали прецизионных пар тщательно подгоняют друг к другу и разукомплектование их не допускается. При недостаточной очистке топлива фильтрами твердые частицы, проходя вместе с топливом под высоким давлением и с большой скоростью через малые зазоры, изнашивают прецизионные пары, вследствие чего нарушается нормальная работа топливной аппаратуры и ухудшаются технико-экономические показатели дизеля. Головки плунжеров топливных насосов дизелей типа Д49 имеют скошенные кромки как у торца, так и у кольцевой канавки. 85

Такие плунжеры обеспечивают изменение как начала, так и конца подачи топлива. Большое значение в обеспечении нормальной работы топливного насоса имеет нагнетательный клапан, чтобы прекратить поступление топлива в конце подачи клапан выполняют с разгрузочным пояском (рис. 4.6, а). Такой клапан благодаря пояску 2 во время нагнетания топлива вынужден подниматься на значительную высоту. После отсечки подачи топлива клапан, садясь в свое гнездо, освобождает относительно большой объем над ним, и давление в топливопроводе к форсунке резко падает, чем устраняется подтекание. От конструкции нагнетательного клапана зависит также появление при работе насоса так называемого подвпрыскивания, снижающего экономичность дизеля. Подвпрыскивание вызывается колебаниями давления в нагнетательном топливопроводе после посадки иглы форсунки в седло корпуса распылителя, когда амплитуда волны давления достигает значения, достаточного для отрыва иглы форсунки от седла. Для устранения подвпрыскивания стремятся к сокращению объема надклапанной полости за счет установки в нагнетательный клапан специальных вытеснителей (см. рис. 4.6, б). При ходе плунжера вверх нагнетательный клапан 7 поднимается до упора 6, и топливо поступает к форсунке. При отсеке давление падает. Топливо из полости 5 начнет перетекать в полость 9. При перекрытии пояском 11 отверстия седла полости 5 и 9 остаются сообщенными через отверстия 10 до тех пор, пока клапан не

Рис. 4.6. Нагнетательные клапаны топливных насосов: а — с разгрузочным пояском; б — с вытеснителем; 1 — направляющая часть; 2 — поясок; 3 — конус; 4,7 — клапаны; 5, 8, 9 — полости; 6 — упор; 10 — отверстие; 11 — поясок

86

сядет в седло. При этом создаются условия более равномерной подачи топлива в цилиндры и затухание волны давления топлива в топливоподводе, что способствует устранению причин подвпрыскивания топлива форсунками. Корпусные детали насосов и толкателей изготавливают, как правило, из чугуна, а гильзы, плунжеры, нагнетательные клапаны и их седла, ролики толкателей и шпонки толкателей — из высоколегированных сталей (ШХШХ-15, 15, 12ХН2, 20ХГР и др.). Форсунка (рис. 4.7) предназначена для впрыска топлива в цилиндр в мелкораспыленном туманообразном состоянии, на 10Д100 применяются форсунки закрытого типа. На каждом цилиндре в средней его части диаметрально расположены по две форсунки, крепление каждой форсунки осуществляется двумя шпильками. Форсунка состоит из корпуса, имеющего бурт для крепления соплового наконечника, толкателя, щелевого фильтра, пружины и распылителя. Распылитель имеет корпус, иглу и ограничитель подъ-

Рис. 4.7. Форсунка дизеля 10Д100: 1 — регулировочная пробка; 2 — контргайка; 3 — пружина; 4 — стакан; 5 — тарелка; 6 — корпус; 7, 13 — уплотнительные кольца; 8 — щелевой фильтр; 9 — толкатель; 10 — ограничитель подъема; 11 — игла; 12 — корпус распылителя; 14 — сопловой наконечник

87

ема иглы, сопловой наконечник изготовлен из легированной стали. В нем имеется три отверстия диаметром 0,56 мм, через которое впрыскивается топливо. Корпус распылителя имеет три топливоподводящих канала. Игла имеет два конических пояска, нижний из которых служит для запирания прохода топлива, верхний служит для поднятия иглы. На иглу сверху устанавливается ограничитель подъема иглы, за счет чего подъем иглы составляет 0,5 мм (± 0,05 мм). В корпусе также установлен щелевой фильтр, имеющий на наружной поверхности 24 профрезерованных тупиковых каналов. 12 сверху вниз, 12 снизу вверх. Между фильтром и корпусом имеется зазор 0,05—0,105 мм, топливо, проходя через этот зазор, очищается. Регулировочная пружина установлена в стакане и вкручена в корпус. На пружину сверху воздействует регулировочный штуцер с контргайкой, через этот штуцер просочившееся топливо отводится в топливный бак. Топливо подается топливным насосом высокого давления (ТНВД) к щелевому фильтру, проходит через него и поступает внутрь корпуса распылителя, действует на верхний поясок, как только давление станет больше давления пружины, игла поднимается и пропускает топливо в сопловой наконечник, оттуда топливо через три отверстия диаметром 0,56 мм впрыскивается в камеру сгорания. Двухрежимная форсунка (рис. 4.8) 4.8).. Данная форсунка отличается от предыдущей тем, что между корпусом распылителя и сопловым наконечником установлена проставка толщиной 1 мм, имеющая два канала: центральный и наклонный. В корпусе соплового наконечника выполнено одно отверстие диаметром 0,45 мм, второй центральный канал сообщается с двумя отверстиями диаметром 0,65 мм соплового наконечника. Между иглой и распылителем и распыляющими отверстиями 0,65 мм установлен разделительный клапан, поджатый пружиной и давлением газов со стороны цилиндров во время работы. На холостом ходу и малых нагрузочных режимах, когда давление топлива не может открыть клапан, впрыскивание топлива производится через одно отверстие диаметром 0,45 мм, при этом значительно улучшается качество распыла топлива. С переходом на большие нагрузочные режимы цикловая подача и давление топлива растут, клапан открывается, и подача топлива происходит через три отверстия. 88

Рис. 4.8. Двухрежимная форсунка: 1 — регулировочная пробка; 2 — контргайка; 3 — стакан; 4 — пружина; 5 — тарелка; 6 — толкатель; 7 — уплотнительное кольцо; 8 — щелевой фильтр; 9 — ограничитель подъема; 10 — корпус; 11 — игла; 12 — корпус распылителя; 13 — проставка; 14 — клапан; 15 — пружина клапана; 16 — сопловой наконечник; 17, 18 — прокладки

Форсунка дизеля ПД ПД1М. 1М. В центре головки цилиндра дизеля ПД1М ПД 1М установлена втулка, в которую вмонтирована форсунка (рис. 4.9), закрепленная фланцем с двумя шпильками. Внизу форсунка во втулке уплотнена медным кольцом. Основной частью является распылитель, состоящий из прецизионной пары — корпуса и иглы. Распылитель прикреплен снизу корпуса форсунки гайкой. Верхний торец корпуса распылителя и сопрягаемый с ним торец корпуса форсунки имеют притертые между собой поверхности, которые обеспечивают плотность стыка. 89

Рис. 4.9. Форсунка дизеля ПД ПД1М: 1М: 1 — игла; 2 — корпус распылителя; 3 — гайка; 4 — медная втулка; 5 — крышка цилиндра; 6 — корпус форсунки; 7 — штанга; 8 — центрирующая шайба; 9 — пружина; 10 — нажимной болт; 11 — контргайка; 12 — регулировочный болт; 13 — пломба; 14 — отводящий штуцер; 15 — подводящий штуцер; 16 — щелевой фильтр; 17 — топливоподающий канал; 18 — сопловые отверстия

Для впрыска топлива в камеру сгорания в нижней части корпуса распылителя выполнена сферическая головка (носик) с девятью отверстиями диаметром 0,35 мм, расположенными по окружности. На хвостовик иглы в верхней части своей шаровой поверхностью опирается штанга, передающая усилия от регулировочной пружины. Пружина при помощи контргаечного болта регулируется на 2. начальное давление впрыска 275+5 кгс/см При работе дизеля топливо от ТНВД подходит к штуцеру, в котором установлен щелевой фильтр, представляющий собой стальной стержень, вдоль которого профрезерованы шесть тупиковых канавок. Топливо проходит через зазор между стержнем фильтра и корпусом штуцера 0,02—0,03 мм, далее поступает в канал в корпусе форсунки, кольцевую выточку и по трем отверстиям в полость распылителя. Давление резко повышается, и топливо на90

чинает воздействовать на большой конус иглы. Когда давление топлива превысит затяжку пружины, игла поднимается, и топливо с большой скоростью выходит через отверстия носика. Подъем иглы ограничивается зазором 0,6±0,05 мм между торцом ее верхнего пояска и торцом корпуса форсунки. Вслед ствие высокого давления часть топлива просачивается между иглой и распылителем, смазывая трущиеся поверхности, и далее через штуцер отводится в топливный бак. Основными отличительными особенностями форсунки дизелей 11Д45 и 14Д40 (рис. 4.10) являются подвесная конструкция корпуса 14 иглы и сопряжение иглы 12 с корпусом по конической запорной поверхности. Массивный корпус 14 иглы вместе с сопловым наконечником 15 закрепляется на корпусе 9 форсунки колпаком 13 13.. Такая конструкция обеспечивает сохранение геометрии запорного конуса в корпусе, и форсунка работает более длительно, обеспечивая качест- Рис. 4.10. Форсунка дизелей 11Д45 и 14Д40: венный распыл топлива. 1 — гайка; 2 — штуцер; 3 , 5 — Конус иглы 12 утоплен в конусе прокладки; 4 — контргайка; 6 — корпуса 14 иглы. Поэтому игла кон- регулировочный винт; 7 — татактирует с корпусом по наиболь- релка; 8 — пружина; 9 — корпус 11,, шему диаметру (основанию) конуса форсунки; 10 — шпиндель; 11 18 — резиновые кольца; 12 — игиглы. В процессе работы контактила; 13 — колпак; 14 — корпус игруемые поверхности иглы и корпуса лы; 15 — сопловой наконечник; изнашиваются и прямолинейность 16 — болт; 17 — стопорная пласобразующих конуса нарушается. Од- тинка; 19 — штуцер; 20 — щелевой фильтр; 21 — трубка нако при сопряжении поверхностей 91

с утоплением конус иглы при износе будет вступать в контакт с последующими участками конусной поверхности корпуса, и требуемое качество уплотнения сохраняется более длительное время. В случае посадки иглы на седло по промежуточному диаметру конуса в процессе работы на игле образуется ступенька, которая препятствует сохранению уплотнения. Топливо подводится к форсунке через щелевой фильтр 20 и по каналам а и с поступает в полость д корпуса иглы. В сопловом наконечнике 15 имеются восемь отверстий диаметром 0,4 мм. Затяжка пружины 8 производится регулировочным винтом 6, который стопорится контргайкой 4. Усилие затяжки пружины соответствует давлению топлива 3,14 + 0,5 МПа. Просочившееся через детали форсунки топливо отводится через отверстия в тарелке 7 и винте 6, штуцер 2 по трубке 21 с накидной гайкой 1. Резиновое кольцо 11 служит уплотнением от просачивания топлива наружу, а резиновое кольцо 18 предохраняет от попадания масла из крышки цилиндра в гнездо форсунки.

Глава 5. АВТ АВТО ОМА МАТИЧЕ ТИЧЕСКОЕ СКОЕ РЕГУ РЕГУЛИРО ЛИРОВ ВАНИЕ ЧАСТ ЧА СТО ОТЫ ВР ВРАЩЕНИЯ АЩЕНИЯ КОЛЕНЧА КОЛЕНЧАТ ТОГО ВАЛА. НАЗНА НА ЗНАЧЕНИЕ, ЧЕНИЕ, КО КОНСТРУКЦИЯ, НСТРУКЦИЯ, ПР ПРИНЦИП ИНЦИП РАБО АБОТЫ ТЫ Тепловозные дизели работают при постоянной частоте вращения коленчатого вала, задаваемой машинистом с помощью контроллера в соответствии с потребностями в мощности. Таким образом, определенной позиции контроллера соответствует определенная мощность, развиваемая двигателем за счет сгорания определенного количества топлива. Вращающий момент на коленчатом валу, создаваемый силами газов, при постоянной частоте вращения должен уравновешиваться моментом сопротивления вращению, складывающимся из эффективного (тягового) момента на валу генератора, момента механических сопротивлений в дизеле (в подшипниках, в поступательных парах трения) и момента от вспомогательных нагрузок (привод вентиляторов, компрессора, вспомогательных электрических машин, насосов и других агрегатов). В этом случае при изменении приложенного к валу внешнего момента равновесие нарушается. При уменьшении внешнего момента избыток вращающего момента, создаваемый дизелем, который получает от топливного насоса за каждый рабочий цикл прежнее количество топлива, приводит к повышению частоты вращения коленчатого вала. При увеличении внешнего момента дизель вынужден, наоборот, снижать частоту вращения вала. Для того чтобы можно было обеспечить устойчивую работу дизеля, т. е. поддерживать постоянство частоты вращения его коленчатого вала, нужно добиваться либо неизменности внешнего вращающего момента на определенной позиции контроллера, либо устанавливать подачу топлива в цилиндры дизеля в полном соответствии с изменяющимся внешним моментом. Неизменности внешнего вращающего момента на валу дизеля достичь трудно, поэтому для поддержания постоянной частоты вращения коленчатого вала на тепловозах применяют регулирование подачи топлива в цилиндры дизеля. Это и осуществляет ре93

гулятор дизеля, воздействуя на топливный насос. Если регулятор выполняет функцию поддержания частоты вращения вала дизеля постоянной только путем регулирования момента газовых сил за счет цикловой подачи топлива, его называют просто регулятором частоты вращения. Такой регулятор позволяет восстановить заданную частоту вращения в короткий промежуток времени. Если регулятор выполняет функцию поддержания частоты вращения вала дизеля постоянной не только за счет регулирования момента газовых сил, но и за счет регулирования внешнего момента на валу генератора, то его называют объединенным регулятором частоты вращения и нагрузки дизеля. Объединенный регулятор, воздействуя на рейки топливных насосов и индуктивный датчик, включенный в цепь управления возбуждением генератора, обеспечивает возможность использования полной мощности дизеля при различных условиях движения тепловоза, а также при включении и выключении его вспомогательных агрегатов. Объединенный регулятор состоит из собственно регулятора частоты вращения, регулятора мощности и электрогидравлической системы управления частотой вращения. Регуляторы частоты вращения устанавливаются на дизелях 2Д100, ПД ПД1М, 1М, объединенные регуляторы частоты вращения коленчатого вала и нагрузки дизеля применены на дизелях 10Д100, 14Д40, 11Д45, 5Д49. По принципу действия, конструкции регулятор частоты вращения, представляющий часть объединенного регулятора, практически не отличается от регуляторов частоты вращения дизелей 2Д100 и ПД ПД1М. 1М. Чтобы понять взаимодействие элементов регулятора и процессы, происходящие при регулировании, рассмотрим структурные схемы обоих типов регуляторов (рис. 5.1). Основным элементом регулятора (рис. 5.1, а) является измеритель частоты вращения 3 или чувствительный элемент, реагирующий на изменение угловой скорости вращения коленчатого вала ∆ω. К измерителю машинистом с помощью контроллера подается сигнал настройки Н. В случае если сигнал угловой скорости ω соответствует сигналу настройки Н, сигнал регулирования ∆z измеритель частоты не вырабатывает. При изменении внешней нагрузки частота вращения коленчатого вала дизеля изменится и не будет соответствовать заданной настройке. Измеритель частоты зафиксирует это несоответствие и выдаст сигнал регулирования ∆z. Этот сигнал должен поступать 94

Рис. 5.1. Структурные схемы регуляторов частоты вращения (а), частоты вращения и мощности (б): 1 — дизель; 2 — топливный насос; 3 — измеритель частоты вращения; 4, 6, 8 — серводвигатели; 5, 7 — обратные связи; 9 — индуктивный датчик; 10 — генератор

на регулирующий орган-рейку топливного насоса для изменения цикловой подачи топлива в цилиндр. Если сигнал ∆z непосредственно передается регулирующему органу топливного насоса, такой регулятор называют регулятором прямого действия действия.. У мощных дизелей регулятор соединен с рейками топливных насосов передачей из системы рычагов и тяг, и для приведения их в действие требуется значительное усилие. Поэтому сигнал регулирования ∆z у регуляторов тепловозных дизелей сначала усиливается серводвигателем 4 до ∆у, а затем передается на регулирующий орган насоса 2. Регуляторы с серводвигателями называют регуляторами непрямого действия с обратной связью. Обратная связь 5 предназначена для корректировки входного сигнала ∆z в серводвигатель в зависимости от выходного ∆у. Применение обратной связи обеспечивает устойчивость процессу регулирования и устраняет автоколебания. По сигналу ∆у цикловая подача топлива изменяется на ∆g так, чтобы частота вращения вала дизеля 1 соответствовала заданной настройке Н измерителя частоты вращения 3. В объединенном регуляторе (рис. 5.1, б) имеются все основные элементы регулятора частоты вращения и добавлен регулятор мощности с золотником нагрузки 6, обратной связью 7 и серводвигателем нагрузки 8. К золотнику нагрузки 6 поступают два сигнала, 95

один из которых пропорционален сигналу настройки Н измерителя частоты вращения, а другой пропорционален сигналу ∆у, вырабатываемому серводвигателем для регулирования подачи топлива. На входе в золотник нагрузки оба сигнала суммируются с противоположными знаками. В зависимости от знака и суммы золотник нагрузки вырабатывает сигнал Aw, который усиливается серводвигателем до ∆h и передает его индуктивному датчику 9. Датчик изменяет возбуждение тягового генератора 10 на b∆иi изменяет мощность генератора. Регулятор частоты вращения дизеля ПД ПД1М. 1М. Регулятор дизеля ПД1М ПД 1М установлен на картере топливных насосов. Все элементы регулятора размещены в трех чугунных корпусах: верхнем, среднем, нижнем, соединенных между собой фланцами. К среднему корпусу сбоку прикреплен серводвигатель, к которому в свою очередь присоединен корпус золотника автоматического выключения дизеля. Над золотником расположены электромагнит с толкателем, закрытые кожухом. В нижней части корпуса (рис. 5.2), вставленного в картер топливных насосов, размещен привод регулятора. В средней части корпуса смонтирована золотниковая часть регулятора, состоящая из чугунной буксы 16, траверсы 9 с рычагами и грузами 15, золотника 27 и плунжера 17 17.. Внизу корпуса смонтированы шестерни масляного насоса 23 регулятора. Букса с траверсой, рычагами и грузами, а также масляный насос приводятся во вращение конической шестерней 24 24,, вал которой соединен с приводным валиком буксы упругой шлицевой муфтой. В верхней части корпуса расположена всережимная пружина 13 с зубчатым механизмом (зубчатая втулка 11 и зубчатый сектор 12 с приводным валиком). Приводной валик, связанный жестко с зубчатым сектором, на одном конце на шлицах имеет рычаг, соединенный через систему II тяг и рычагов с электропневматическим механизмом IV регулятора, а на другом — указатель затяжки всережимной пружины. В корпусе 4 серводвигателя, разделенном перегородкой, помещены два поршня 2, 3, связанные одним штоком 1 и нагруженные сверху пружиной 5. Верхний поршень 3 силовой, а нижний 2 компенсирующий. Серводвигатель позволяет создать необходимое усилие для перемещения реек топливных насосов, с которыми он 96

связан штоком через систему тяг и рычагов. При подъеме силового поршня вверх подача увеличивается, при опускании под дей ствием пружины — уменьшается. Рассмотрим принципиальное устройство и взаимодействие частей регулятора частоты вращения при различных режимах работы. При установившемся режиме усилие всережимной пружины 13 уравновешивается центробежной силой грузов 15, которые занимают вертикальное положение. Золотник 27 удерживается компенсирующей пружиной 25 в среднем положении, при котором плунжер 17 своим нижним диском перекрывает окна в золотнике 27 27,, соединенные каналом 7 с камерой под поршнем 3 серводвигателя. При этом масло, подаваемое шестеренным насосом (шестерни 23 23), ), по боковому каналу 19 поступает в аккумулятор 20 над поршнями аккумулятора масла, не может попасть в серводвигатель, так как канал 7 закрыт. Под давлением масла поршни аккумулятора опускаются, сжимая пружины, и масло по каналу 21 сливается в масляную ванну. Силовой поршень 3 и компенсирующий 2 неподвижны. Объясняется это тем, что давление пружины 5 над силовым поршнем уравновешивается давлением масла под поршнем, которое не имеет выхода, так как канал 7 закрыт. Обычно в таком положении регуляторы находятся непродолжительное время. При изменении нагрузки на дизель равновесие нарушается. При уменьшении нагрузки на дизель в первый момент топливные насосы X продолжают подавать в цилиндры дизеля прежнее количество топлива в соответствии с ранее установленной нагрузкой, т.е. больше, чем при данной нагрузке требуется. Уменьшение нагрузки при неизменной подаче топлива приводит к увеличению частоты вращения коленчатого вала, а следовательно, к увеличению частоты вращения грузов 15 15.. Под действием центробежных сил грузы 15 начнут расходиться и поднимать плунжер 17 17,, диск которого будет открывать окна в канал 7. Масло из-под силового поршня 3 по каналу 7, окнам в золотнике и каналу 18 будет сливаться в ванну 22 22.. Под действием усилия пружины 5 поршень 3 начнет опускаться вниз и через рычажную систему V действовать на рейки топливных насосов в сторону уменьшения подачи топлива. В связи с этим частота вращения коленчатого вала будет уменьшаться. 97

98

99

Рис. 5.2. Схема устройства всережимного регулятора частоты вращения и дистанционного управления дизелем ПД ПД1М: 1М: 1 — шток серводвигателя; 2 — компенсационный поршень; 3 — силовой поршень; 4 — корпус серводвигателя; 5 — пружина; 6, 7, 18. 19, 21 — каналы; 8 — колпак пружины; 9 — фланец траверсы; 10 — шарикоподшипник; 11 — зубчатая втулка; 12 — зубчатый сектор; 13 — всережимная пружина; 14 — тарелка пружины; 15 — грузы; 16 — букса; 17 — плунжер; 20 — аккумулятор; 22 — масляная ванна; 23 — шестеренный насос; 24 — коническая шестерня; 25 — компенсирующая пружина; 26 — поршень золотника; 27, 31 — золотники; 28 — игольчатый клапан; 29 29,, 30 — верхняя н нижняя тарелка компенсирующей пружины; 32 — электромагнитные катушки; а, б — каналы; I — узел регулирования частоты вращения; II — рычажный привод к зубчатому сектору регулятора; III — реле давления масла; IV — электропневматические клапаны; V — рычажный привод к рейке топливного насоса; VI — подкачивающий насос; VII — аккумуляторная батарея; VIII — контроллер; IX — привод от коленчатого вала; X — топливный насос; XI — форсунка

При опускании силового поршня 3 будет опускаться и компенсирующий поршень 2. Образовавшееся над поршнем 2 пространство не может быть сразу заполнено маслом через дроссельное отверстие регулировочной иглы 28, поэтому образовавшийся перепад давлений на поршни вызовет поступление масла по каналу 6 из полости над поршнем 26 в полость над поршнем 2. Это позволит поршню 26 с золотником 27 медленно подниматься вверх, сжимая компенсирующую пружину 30 30.. По мере сжатия пружины 30 ход поршня 26 вверх будет замедляться, и через какой-то промежуток времени движение его начнет отставать от движения компенсирующего поршня 2. Золотник 17 поднимется, и плунжер своим диском начнет постепенно перекрывать окна в золотнике, что уменьшит утечку масла из-под силового поршня 3. При этом частота вращения коленчатого вала, достигнув максимума для данной регулировки, начнет уменьшаться, а грузы соответственно сходиться. После того как окна золотника будут полностью закрыты, движение поршня 3 в сторону уменьшения подачи топлива прекратится. Однако при этом частота вращения коленчатого вала дизеля еще не будет соответствовать установленной, она будет немного меньше, а следовательно, грузы будут продолжать сходиться, постепенно возвращая плунжер в начальное положение (вниз). Одновременно с плунжером возвращается в исходное положение и золотник, который передвигается компенсирующей пружиной 30. Перемещение пружины вызывается уменьшением разрежения в полости над поршнем золотника вследствие заполнения ее маслом, перетекающим через компенсирующий игольчатый клапан 28 из масляной ванны. Плунжер и золотник движутся к исходному положению вниз вместе. Таким образом обеспечивается уменьшение подачи топлива, частота вращения восстанавливается до первоначально заданной. При увеличении нагрузки на дизель в первый момент топливные насосы продолжают подавать в цилиндры дизеля количество топлива, соответствующее ранее установленной нагрузке, т.е. меньше, чем требуется. Это приведет к уменьшению частоты вращения коленчатого вала дизеля, а следовательно, и к уменьшению частоты вращения грузов 15, грузы начнут сходиться к центру, спуская плунжер 17 вниз, диск плунжера верхней кромкой будет открывать окна в канал 7, и масло из канала 19 через окно золотни100

ка и канал 7 начнет поступать в полость под силовым поршнем 3. Под давлением поступающего масла поршень 3 начнет подниматься вверх, сжимая пружину 5. При этом подача топлива в цилиндры увеличится, уменьшение частоты вращения коленчатого вала прекратится. Одновременно с поршнем 3 вверх будет подниматься и поршень 2. Над ним, а также в канале 6 и над поршнем золотника создается давление масла, заставляющее золотник двигаться вниз и сжимать при этом компенсирующую пружину 30. Движение золотника вниз прекратится лишь после перекрытия отвер стия в канал 7 нижним пояском плунжера. Перекрытие отверстия в золотнике закроет доступ масла под силовой поршень, вследствие чего прекратится движение штока серводвигателя в направлении увеличения подачи топлива. Во время восстановления частоты вращения грузы расходятся, постепенно возвращая плунжер в начальное положение (вверх). Одновременно с плунжером возвращается в начальное положение (определенное затяжкой всережимной пружины) и золотник, передвигаемый компенсирующей пружиной. Перемещение золотника пружиной вызывается уменьшением давления в полости над поршнем золотника вследствие вытекания из нее масла через компенсирующий игольчатый клапан 28 в масляную ванну. Таким образом обеспечивается увеличение подачи топлива в цилиндры пропорционально увеличению нагрузки, а также восстановление частоты вращения коленчатого вала до первоначально заданного числового значения. Задание новой частоты вращения коленчатого вала контроллером машиниста обеспечивается уменьшением или увеличением затяжки всережимной пружины. Частота вращения вала дизеля увеличивается при усилении затяжки. Изменением затяжки нарушается равновесие между усилием всережимной пружины и силой инерции вращающихся грузов и одновременно задается новое исходное положение плунжеру. При этом повторяются все процессы, которые происходят при увеличении или уменьшении нагрузки на дизель. Работа регулятора частоты вращения возможна только при включенной катушке блокировочного магнита 32, в этом случае его магнитный сердечник через толкатель смещает вниз золотник 31, запирающий выход масла из-под силового поршня 3, обеспечивая тем самым рабочее положение регулятору. При обесточивании катушки блокировочного магнита его сердечник поднимается вверх, 101

золотник под давлением масла будет поднят, масло из-под силового поршня перетечет в полость над ним, а шток серводвигателя под действием пружины передвинется в крайнее нижнее положение, выключив подачу топлива в цилиндры дизеля. Регулятор частоты вращения коленчатого вала и нагрузки дизеля (объединенный регулятор) . Объединенный регулятор дизеля 10Д100 — всережимный, изодромный центробежного типа с гидравлическим усилителем (серводвигателем), с собственной масляной системой, с электрогидравлической системой управления частотой вращения, с устройством для автоматического регулирования мощности дизель-генератора и со стоп-устройством по импульсу от системы защиты дизеля. Регулятор (рис. 5.3) состоит из измерителя частоты вращения, серводвигателя усилителя сигнала частоты вращения коленчатого вала, обратной связи регулятора частоты вращения, серводвигателя нагрузки, обратной связи регулятора нагрузки и индуктивного датчика. Измеритель частоты вращения для получения сигнала регулирования использует центробежную силу инерции груза, вращающегося вокруг оси. В связи с этим регулятор частоты вращения называют центробежным. Центробежный измеритель частоты вращения вместе с золотниковой частью вращается в центральном отверстии корпуса регулятора. Золотниковая часть представляет собой буксу с размещенным внутри золотником 31. Букса по всей длине имеет ряд проточек с отверстиями в них для сообщения каналов корпуса регулятора с полостями золотника. В нижнюю часть буксы запрессована золотниковая втулка, связанная внутренними шлицами с приводным валом регулятора. На наружных шлицах втулки посажена ведущая шестерня масляного насоса 6. На верхнюю часть буксы напрессована шестерня 30, которая несет на себе два груза 8. Грузы выполнены в виде угловых рычагов, качающихся на игольчатых подшипниках своих осей. Концы рычагов через тарелки и шариковый подшипник упираются в пружину 9 измерителя. Верхний конец пружины упирается в поршень 19 серводвигателя управления. Верхняя часть золотника 31 гайкой соединена с опорной тарелкой пружины 9. Серводвигатель управления 15 принимает сигнал настройки, подаваемый машинистом, и осуществляет затяжку пружины 9. Чис102

Рис. 5.3. Принципиальная схема объединенного регулятора частоты вращения и мощности дизеля 10Д100: 1 — треугольная пластина; 2, 18 18,, 31 — золотники; 3, 17 — втулки золотниковые; 4, 16, 34 — пружины; 5 — аккумулятор масла; 6 — насос масляный; 7 — поршень буферный; 8 — грузы; 9 — всережимная пружина; 10 — тяга; 11 11,, 13 — рычаги; 12 — гайка; 14 — упор минимальной частоты вращения; 15 — сервомотор управления; 19 — поршень сервомотора; 20 — коромысло; 21 — клапаны игольчатые; 22 — шток верхний; 23 — корпус сервомотора регулятора; 24 — сервомотор индуктивного датчика; 25 — индуктивный датчик; 26 — золотник остановки; 27 — поршень сервомотора; 28 — игла; 29 — выключающее устройство; 30 — шестерня; 32 — втулка золотниковая; 33 — ванна масляная; 35 — клапан; МР МР1– 1– МР МР5 5 — электромагниты

ло возможных настроек (затяжек) пружины равно числу позиций контроллера, что охватывает все режимы работы дизеля. Поэтому пружину 9 называют всережимной. 103

Затяжку пружины увеличивают при необходимости задания большей частоты вращения вала дизеля. При заданной настройке и установившейся частоте вращения грузы 8 занимают такое положение, при котором их центробежные силы уравновешиваются усилием затяжки всережимной пружины. Как только произойдет изменение настройки (затяжки) пружины или изменение частоты вращения вала, то равновесие грузов нарушится и они начнут сходиться или расходиться, заставляя перемещаться золотник 31 вниз или вверх. В результате этого золотник 31, который управляет движением поршня серводвигателя 23, подает сигнал регулирования на усиление Серводвигатель 23 крепится шпильками к боковой площадке корпуса регулятора. Он состоит из корпуса 23, силового поршня 27 и пружины 34. Шток поршня одним концом соединен через систему тяг и рычагов с рейками топливных насосов, вторым — посредством коромысла 20 и рычага 13 связан с поршнем 19 серводвигателя управления. Движение поршня 27 вверх (на увеличение подачи топлива) совершается под действием давления масла, поступающего из аккумуляторов 5 через золотник 31. Поршень вниз (на уменьшение подачи топлива) двигается под действием пружины 34 34.. Усилие на шток, обеспечиваемое серводвигателем, оказывается достаточным для перемещения реек топливных насосов. Изодромная обратная силовая связь позволяет своевременно ограничить движение поршня серводвигателя. Процесс регулирования изменившегося режима работы дизеля завершится тогда, когда поршень серводвигателя займет определенное положение и установит рейки топливного насоса на подачу, соответствующую данному режиму, а золотник 31 перекроет доступ масла к поршню 27 27.. Вследствие того, что частота вращения коленчатого вала дизеля не может измениться так быстро, как регулятор изменяет подачу топлива, необходимо несколько раньше ограничить перемещение порш ня и тем самым избежать излишней или недостаточной подачи топлива в цилиндры дизеля. Это ограничение движения поршня в соответствии с изменением нагрузки осуществляется изодромной обратной связью. К изодромной обратной связи относится поршень 7 с пружинами, игла изодрома 28 и компенсационный поясок Д золотника 31 31.. 104

Поясним принцип обратной связи с помощью упрощенной схемы центробежного регулятора (рис. 5.4). Муфта 5 измерителя частоты вращения регулятора связана с золотником 6 двуплечим рычагом АВ. Золотник, находясь в среднем положении, своими кольцевыми поясками перекрывает доступ масла к поршню серводвигателя 1. Верхний конец штока поршня серводвигателя посредством цилиндрика 2 с поршеньком 3 соединены со вторым концом А двуплечего рычага. Поршенек 3 имеет калиброванные отверстия. По направлению действия штока 3 к концу рычага прикреплена пружина, играющая роль компенсатора. При перемещении муфты 5 измерителя частоты вращения, например, вверх она потянет за собой двуплечий рычаг АВ АВ.. Так как поршень серводвигателя имеет сравнительно большее сопротивление, чем золотник, то в начальный момент точка А рычага остается неподвижной, а золотник переместится вверх и откроет доступ масла из аккумулятора в полость серводвигателя под поршень. Поршень, поднимаясь вверх, передает движение концу рычага А через цилиндр 2 и поршенек 3. Цилиндрик, заполненный маслом, дросселирует его своим поршеньком достаточно медленно, и поэтому рычаг АВ, поворачиваясь вокруг точки О, возвращает золотник в первоначальное положение, прекращая доступ масла в цилиндр серводвигателя.

Рис. 5.4. Схема регулятора с гибкой обратной связью: 1 — серводвигатель; 2 — цилиндр; 3 — поршень; 4 — пружина-компенсатор; 5 — муфта регулятора

105

Движение поршня прекратится как раз в тот момент, когда насосы увеличат подачу топлива до количества, соответствующего увеличению нагрузки. Таким образом, соединение левого конца рычага АОВ с поршнем серводвигателя позволяет возвращать золотник в среднее положение, не дожидаясь, когда сделает это измеритель частоты вращения. Если бы конец штока силового поршня был непосредственно соединен с концом А рычага, такая связь называлась бы жесткой обратной связью. Обратной она называется потому, что силовой поршень с помощью рычага АОВ передает обратное воздействие на золотник. В рассмотренном случае шток силового поршня соединен с рычагом АОВ не жестко, а через систему цилиндр — поршень с дросселированием масла через отверстия в поршне. Поэтому такую связь называют гибкой. Гибкость или упругость связи достигается тем, что незадолго до того момента, как золотник посредством рычага АОВ возвратится в среднее положение, масло в цилиндрик 2 под влиянием пружиныкомпенсатора, действующей на поршенек, дросселируется через отверстия в другую полость, давая возможность поршеньку перемещаться вниз. При этом рычаг АОВ, поворачиваясь вокруг точки В, переместит муфту измерителя частоты вращения в свое первоначальное положение, что в свою очередь установит грузы регулятора также в первоначальное положение, при котором наступит равновесие в тот момент, когда частота вращения вала станет прежней. Таким образом, при наличии упругой связи удается сохранить постоянной частоту вращения вала дизеля при разных нагрузках. Устройство (цилиндр с поршнем и компенсирующей пружиной), превращающее жесткую связь в гибкую, обычно называют изодромом. В рассматриваемой конструкции регулятора (см. рис. 5.3) ограничение движения поршня серводвигателя в соответствии с изменением нагрузки осуществляется путем воздействия на поясок Д золотника 32 32.. Происходит это следующим образом. При перемещении золотника вниз (это произойдет при увеличении нагрузки на дизель, вследствие чего частота вращения его вала уменьшается, грузы под действием всережимной пружины 19 сойдутся к оси вращения, давая золотнику возможность переместиться вниз) открывается доступ масла из аккумулятора 26 в полость А, находящуюся справа от поршня 32 буфера. До этого правая А и левая Б 106

полости буферного цилиндра были заполнены маслом и давление слева и справа на поршень 32 было одинаковым. Поршень буфера, зажатый между двумя пружинами, находился в среднем положении. При поступлении масла в полость А поршень 32 под действием избыточного давления перемещается влево, сжимая одну и разжимая другую пружины. Перемещаясь, поршень 32 вытесняет часть масла под поршень 1 серводвигателя, перемещая его вверх и увеличивая подачу топлива в цилиндры дизеля. Создавшийся перепад давлений масла на поршень 32 слева и справа передается в полости над пояском Д и под ним. Так как в полости А буфера давление больше, чем в полости Б, то давление масла на поясок Д снизу соответственно будет больше, чем сверху. Давление снизу будет возрастать до тех пор, пока оно в добавление к подъемной силе расходящихся грузов (подача топлива увеличилась, частота вращения вала стала возрастать) не преодолеет усилие пружины 19 измерителя и не поднимет золотник 22 до перекрытия регулирующего окна в золотниковой втулке. Как только регулирующее окно закроется, поршень 1 серводвигателя остановится в положении увеличенной подачи топлива, необходимой для работы дизеля при повышенной нагрузке. Таким образом, если проводить аналогию действия обратной связи в рассматриваемой конструкции регулятора (см. рис. 5.3) и регуляторе, представленном на рис. 5.4, можно заметить, что роль рычага АОВ, связывающего шток поршня серводвигателя 1 с золотником 6 играет гидравлическая связь полостей А и Б с полостями над и под пояском Д (см. рис. 5.3). Продолжая описание работы регулятора частоты вращения, отметим, что после того, как поршень 1 серводвигателя остановится в положении увеличенной подачи топлива, поршень буфера 32 возвращается в среднее положение под действием своих пружин, так как давление масла в полостях А и Б выравнивается дросселирующей иглой 31. В данном случае игла 31 вместе с пружинами и поршнем 32 играет роль гибкой связи (изодрома). При уменьшении нагрузки на дизель частота вращения его коленчатого вала увеличивается, и грузы 20 измерителя расходятся, поднимая золотник 22 вверх. Золотник при этом своим пояском Е открывает регулирующее окно, соединяющее полость А буфера со сливом. По мере снижения давления в полости А поршень 32 пе107

ремещается вправо, а силовой поршень 1 перемещается под дей ствием пружины 5 вниз, уменьшая подачу топлива в цилиндры дизеля. Между тем перепад давлений масла между полостями А и Б вызовет соответствующий перепад давлений в полостях над пояском Д и под ним. Более высокое давление масла на поясок Д сверху вызовет перемещение золотника вниз в тот момент, когда суммарное усилие от избыточного давления на поясок и от всережимной пружины превысит силу инерции расходящихся грузов. Как только золотник перекроет регулировочное окно, слив масла из полости А прекратится и силовой поршень 1 остановится в положении, соответствующем уменьшенной подаче топлива, необходимой для работы дизеля при уменьшенной нагрузке. Поршень буфера 32 перемещается в среднее положение после выравнивания давлений в полостях А и Б через иглу 31. При больших изменениях нагрузки дизеля поршень буфера перемещается в крайнее положение, при этом полости А и Б, кроме иглы 31, сообщаются между собой непосредственно, что улучшает переходные процессы. Регулятор мощности (нагрузки) дизеля состоит из золотникового устройства (измерительного органа), обратной связи и серводвигателя с индуктивным датчиком. Узлы регулирования нагрузки расположены в верхнем корпусе. Сбоку к корпусу прикреплен серводвигатель 4 с индуктивным датчиком 3. В отверстии верхнего корпуса со стороны серводвигателя 4 размещено золотниковое устройство регулятора нагрузки, состоящее из золотника 11 11,, золотниковой втулки 12 12,, фиксируемой пружинами 13 в среднем положении. Верхняя и нижняя полости золотникового устройства соединены каналами с масляной ванной регулятора (аккумулятором). Золотниковое устройство управляет подачей масла в серводвигатель нагрузки. В приливы корпуса ввернуты две иглы 8, уплотненные в корпусе резиновыми кольцами. Иглами регулируется скорость перемещения поршня серводвигателя нагрузки на увеличение и уменьшение возбуждения генератора. Серводвигатель нагрузки 4 имеет корпус, внутри которого перемещается поршень со штоком, уплотненным сальником в крышке корпуса. На конце штока поршня есть поводок, в котором закреплен якорь индуктивного датчика, установленного на корпусе серводвигателя. 108

В верхнем корпусе находится также отключающее устройство для установки индуктивного датчика в положение минимального возбуждения генератора при боксовании тепловоза, а также при трогании с места. Оно состоит из электромагнита МР МР5, 5, управляющего золотником 16, поршня, размещенного в корпусе 9, выключающего устройства и пружин. Поршень имеет некоторую свободу перемещения по золотнику 11 11.. На хвостовике золотника 11 закреплена тарелка, на которую опираются пружины, удерживаемые в корпусе 9 упорным кольцом. На конце хвостовика золотника навернута опора эксцентрика, с помощью которого регулируется положение золотника по высоте. Через эксцентрик золотник 11 подсоединен к рычажной системе регулятора. Точка подвески золотника к рычажной системе может изменяться с помощью регулировочного винта. При включении электромагнита золотник 16 перемещается вниз, открывая доступ масла из аккумуляторов под поршень золотника 11 11.. Поршень, перемещаясь вверх, упирается в тарелку на золотнике и передвигает его вверх, сжимая пружину. Тем самым якорь индуктивного датчика устанавливается в положение минимального возбуждения (якорь вдвинут в катушку). Поясним взаимодействие узлов регулятора мощности при различных режимах работы дизеля, воспользовавшись схемой (рис. 5.5). Чтобы не отрываться от рассматриваемой принципиальной

Рис. 5.5. Схема регулятора мощности: 1 — пружина; 2 — силовой поршень; 3 — индуктивный датчик; 4 — коромысло; 5 — тяга; 6 — золотник; 7 — втулка золотника; 8 — дроссельная игла

109

схемы регулятора (см. рис. 5.3), будем при указании позиций элементов на схеме рис. 5.4 приводить в скобках соответствующие обозначения элементов на принципиальной схеме (см. рис. 5.3). В соответствии со схемой, приведенной на рис. 5.5, золотник 6 (31 31)) имеет два диска, которые управляют перекрытием крайних окон во втулке 7 (12 12). ). Окна втулки сообщаются каналами с полостями цилиндра серводвигателя нагрузки по обеим сторонам силового поршня 2 (4, полости Г и В). К среднему окну во втулке 7 (12 12)) и в полость между дисками золотника 6 (31 31)) масло поступает от шестеренного насоса регулятора. Концевые полости корпуса золотникового устройства сообщаются с масляной ванной регулятора через дроссельные иглы 8 (8), которые вместе с пружинами 1 (13 13)) выполняют роль обратной связи. Шток золотника соединен тягой 5 с коромыслом 4 (10 10), ), один конец которого соединен со штоком (7) серводвигателя регулятора частоты вращения, а другой — со штоком поршня, осуществляющего настройку (затяжку) всережимной пружины регулятора. Таким образом, один конец коромысла получает сигнал ∆у, а другой сигнал ∆Н. При установившемся режиме золотник 6 (11 11)) своими дисками перекрывает окна во втулке золотника. Концы коромысла 4 (10 10)) неподвижны, и их положение определяет соответствие между настройкой регулятора, частотой вращения вала двигателя и подачей топлива, т.е. нагрузкой двигателя. Золотник 6 (11 11)) вступает в работу в случае появления на концах коромысла сигналов ∆у или ∆Н. При уменьшении нагрузки на дизель, например при отключении вентиляторов охлаждающего устройства, регулятор частоты вращения снижает подачу топлива, появляется сигнал ∆у, который вызывает перемещение соответствующего конца коромысла вниз. Золотник 6 (31 31), ), двигаясь вниз, откроет нижнее окно в золотниковой втулке, и масло под давлением поступит под поршень 2 (в полость В на рис. 5.3). Перемещаясь, шток поршня 2 своим поводком передвигает якорь индуктивного датчика в сторону увеличения возбуждения генератора. Тем временем масло из полости под поршнем (полость Г) серводвигателя будет поступать в верхнюю полость золотникового устройства и через верхний игольчатый клапан (8) частично сливаться в масляную ванну. Образовавшееся давление масла в полости над золотниковой втулкой (12) заставляет ее перемещаться вниз, сжимая нижнюю 110

пружину 1 и закрывая перепускное окно, через которое масло поступало в полость под поршнем серводвигателя нагрузки. Степень открытия игольчатого клапана определяет скорость перемещения поршня серводвигателя. Вследствие увеличения нагрузки на дизель регулятор частоты вращения увеличит подачу топлива до уровня, предшествовавшего началу изменения нагрузки, а золотник 6 и втулка 7 золотника возвратятся в среднее положение. В конце процесса регулирования нагрузка дизеля восстановится до прежнего уровня за счет увеличения мощности генератора, при этом силовой поршень 2 будет занимать новое положение. При увеличении нагрузки действие элементов регулятора мощности будет противоположно описанному. Увеличение затяжки всережимной пружины измерителя (увеличение частоты вращения) вызывает такое же действие регулятора мощности, как и уменьшение нагрузки на дизель, и наоборот. Это происходит потому, что при увеличении затяжки пружины измерителя опускается поршень 27 серводвигателя 15 (см. рис. 5.3), что вызывает движение золотника нагрузки вниз. В дальнейшем процессы, происходящие в регуляторе, аналогичны вышеописанным. Так как в установившемся режиме золотник 11 своими дисками находится в положении перекрыши отверстий золотниковой втулки, то каждому положению правого конца коромысла (заданию частоты вращения Н) будет соответствовать определенное положение левого конца коромысла (подача топлива). Таким образом, каждому скоростному режиму дизеля будет соответствовать определенная мощность, зависящая от выбора точки подвеса золотника 11 11.. При смещении точки подвеса золотника по коромыслу в сторону серводвигателя 6 мощности увеличиваются, а при смещении в сторону пружин измерителя — уменьшаются. От выбора точки подвеса золотника зависит экономичность работы дизеля. Электрогидравлическое управление частотой вращения состоит из: электромагнитов МР МР1, 1, МР МР2, 2, МРЗ, МР МР4, 4, включающихся контроллером машиниста в определенной последовательности и изменяющих положение золотника управления; золотникового устройства (золотника 29, золотниковой втулки 28), управляющего подачей масла под давлением в серводвигатель управления 14; гидравлического серводвигателя управления 14 с упором 33 33,, которым устанавливается минимальная частота вращения; жесткой обрат111

ной связи, состоящей из последовательно соединенных тяг и рычагов 34, 35 и 17 17.. Электромагниты МР МР1, 1, МР МР2, 2, МРЗ действуют на вершины треугольной пластины 30, которая посредством пружины, устанавливаемой под пластиной, удерживается в контакте с толкателями этих электромагнитов. При включении или выключении одного или нескольких электромагнитов треугольная пластина 30 смещается в ту или другую сторону, воздействуя на рычаг 35 и приводя в движение золотник 29, управляющий подачей масла под давлением в цилиндр серводвигателя управления 14. Включением трех электромагнитов в определенной последовательности достигается семь различных ступеней частоты вращения коленчатого вала дизеля. Действие электромагнита МР МР4 4 противоположно МР МР1, 1, МР МР2 2 и МРЗ. При включении электромагнита МР МР4 4 золотниковая втулка 28 движется вниз, открывая регулирующее отверстие на слив, что приводит к распусканию всережимной пружины регулятора и снижению частоты вращения коленчатого вала дизеля. Перемещение штока 15 поршня серводвигателя вверх благодаря обратной связи через тягу и рычаги 17 17,, 34 и 35 вызовет перемещение золотника 29 вниз и перекрытие регулирующего отверстия в золотниковой втулке. Как только это отверстие будет перекрыто, поршень серводвигателя остановится и зафиксирует степень затяжки всережимной пружины. При включении электромагнита МР МР4 4 золотниковая втулка 28 движется вверх под действием усилия пружины, открывая подвод масла в цилиндр серводвигателя управления 14. Поршень, перемещаясь вниз, увеличивает затяжку всережимной пружины. Использование электромагнита МР МР4 4 в комбинации с тремя электромагнитами МР МР1, 1, МР МР2, 2, МРЗ удваивает число ступеней затяжки пружины. Ход якорей электромагнитов регулируется пробками, установленными в их верхней части. Провода к электромагнитам подсоединяют через штепсельный разъем. Золотниковая часть управления размещена в приливе верхнего корпуса. Нижняя часть золотниковой втулки соединена с шестерней, приводимой во вращение шестерней 21 измерителя скорости. Золотник и золотниковая втулка снизу подпираются пружинами. Пружина золотника обеспечивает контакт рычага 35 с треугольной пластиной, а пружина золотниковой втулки через нее удерживает 112

якорь электромагнита МР МР4 4 в верхнем положении (при обесточенном состоянии). Для возможности ручного управления частотой вращения дизеля предусмотрен специальный винт, установленный в колпаке регулятора. Для перехода на ручное управление необходимо снять с регулятора фишку штепсельного разъема, вывернуть винт из колпака и пробку, навернуть через отверстие в колпаке винт на хвостовик шпильки. При навертывании винта на шпильку шток с поршнем 15 перемещается вниз, увеличивая затяжку всережимной пружины регулятора. Регулятор дизель-генератора 2А-9ДГ-02, 21-26ДГ. Регулятор предназначен для автоматического поддержания заданной частоты вращения. Регулятор также обеспечивает выполнение следующих дополнительных функций: • блокировку запуска двигателя при отсутствии команды «РАБОТА»; • вывод реек топливных насосов на «нуль подачу» при обесточивании регулятора, обрыве цепей преобразователя частоты вращения или исполнительного устройства; • ограничение топливоподачи при пуске дизеля; • включение пусковой подачи топлива при достижении часто–1 ; ты вращения дизеля 34±8 мин • ограничение подачи топлива в функции давления наддува; • обеспечение программной защиты дизеля по давлению масла; • корректировку характеристики программной защиты дизеля по давлению масла в зависимости от температуры масла в масляной системе дизеля; • снижение частоты вращения под нагрузкой по заданному закону. Регулятор состоит из следующих узлов: Исполнительное устройство (рис. 5.6). Для пропорционального преобразования электрического сигнала электронного блока управления в механическое перемещение (поворот) выходного вала исполнительного устройства, связанного с рейками ТНВД посредством механической передачи. Электронный блок управления . Для приема и обработки сигналов преобразователей, команд управления через последовательный 113

114

115

Рис. 5.6. Исполнительное электрогидравлическое устройство

порт по интерфейсу «токовая петля», выдачи сигналов управления на электрогидравлическое исполнительное устройство. Представляет собой электронный прибор (рис. 5.7), в корпусе которого разме-

Рис. 5.7. Блок управления: 1 — предохранитель 5А; 2 — крышка блока управления; 3 — плата усилителя мощности; 4 — плата контроллера; 5 — плата интерфейса; 6 — корпус блока управления; 7 — плата защиты; 8 — плата сопряжения; 9 — штепсельный разъем Х2; 10 — штепсельный разъем ХЗ; 11 — плата аналоговых входов; 12 — штепсельный разъем XI; 13 — предохранитель 2 А; 14 — плата фильтра; 15 — резистор R48 (регулировка максимального тока ИУ); 16 — резистор R52 (регулировка минимального тока ИУ); 18 — тумблер переключения в режим резервирования (показано положение тумблера при режиме резервирования); 19 — крышка разъема подключения программатора при работе регулятора в

116

щены: плата контроллера 4, плата интерфейса 5, плата усилителя мощности 3, плата защиты 7, плата сопряжения 8, плата аналоговых входов 11 11,, а также радиатор 22 с силовым транзистором, управляющим исполнительным устройством. Блок управления для регулятора тепловозов 2ТЭ70 и ТЭП ТЭП70 70 дополнительно имеет плату резервирования, позволяющую при выходе из строя блока управления осуществлять регулирование оборотов дизеля, которые в этом случае задаются комбинацией четырех сигналов уровнем 110 В, поступающих на дискретные входы ДВХ ДВХ11-ДВХ ДВХ4. 4. Блок питания. Для преобразования напряжения 110±10 В постоянного тока в напряжение 24 В постоянного тока для питания регулятора. Преобразователи частоты вращения коленчатого вала дизеля и ротора турбокомпрессора. Для преобразования соответственно частоты вращения коленчатого вала дизеля и ротора турбокомпрессора в электрический сигнал переменного тока с частотой, пропорциональной преобразуемой частоте вращения. Преобразователь давления наддува. Для измерения относительного давления наддувочного воздуха турбокомпрессора, преобразования измеренного давления в токовый сигнал уровнем 4—20 мА. Преобразователь давления масла. Для измерения давления масла в масляной системе дизеля, преобразования измеренного давления в токовый сигнал уровнем 4—20 мА. Термопреобразователь сопротивления. Для измерения температуры масла в масляной системе дизеля. Поворотный магнит 9 состоит из корпуса 5, в который запрессован магнитопровод 4 с закрепленной в нем катушкой 8. На ваосновном режиме; 20 — разъем подключения внешней микропроцессорной системы; 21 — регулировочный резистор по каналу термопреобразователя сопротивления; 22 — транзистор VT VT1 1 (силовой ключ ИУ); 23 — плата резервирования; 24 — радиатор транзистора VT VT1 1 (силового ключа ИУ); 25 — разъем подключения программатора при работе регулятора в основном режиме; 26 — конденсатор С; 27 — резистор R68 (регулировка осцилляции тока ИУ); 28 — регулировочный резистор по каналу термопреобразователя сопротивления; 29 — крышка разъема подключения программатора в режиме резервирования; 30 — разъем подключения программатора к плате резервирования; 31 — резистор регулировки минимального тока ИУ платы резервирования; 32 — резистор регулировки максимального тока ИУ платы резервирования

117

лу 9, установленном в магнитопроводе 4 на двух подшипниковых опорах, запрессован якорь 3. На другом конце вала закреплены рычаг 18 и пружинный рычаг 30 (рис. 5.8). 5.8).На На одном из полюсов корпуса установлен упор, ограничивающий угол поворота якоря 4

Рис. 5.8. Исполнительное устройство: 1 — толкатель; 2 — система рычагов обратной связи; 3 — крышка; 4 — ферритовые кольца; 5 — катушка; 6 — преобразователь; 7 — корпус; 8 — палец; 9 — выходной вал; 10 — корпус верхний; 11 — рычаг; 12 — средний корпус; 13, 28 — шестерни масляного насоса; 14 — ось рычага; 15 — упорный рычаг; 16 — регулировочный винт; 17 — контргайка; 18 — упорный штифт; 19, 31 — пружина; 20 — пружинный рычаг; 21 — болт; 22 — рычаг; 23 — нижний корпус; 24 — приводной вал; 25 — подшипник; 26 — фланец; 27 — манжета; 29 — золотник; 30 — втулка; 32 — поворотный электромагнит

118

(рис. 5.9). Для защиты полости электромагнита от попадания пыли и влаги предусмотрен колпак 1. Преобразователь линейных перемещений . Для измерения положения реек ТНВД и преобразования измеренного параметра в электрический частотный П-образный сигнал уровнем 0–5 В (см. рис. 5.8) состоит из корпуса 23, в котором размещена катушка 22. В катушку вдвигается ферритовый сердечник, состоящий из насаженных на толкатель ферритовых колец 24 и перемещающийся по направляющей, закрепленной на корпусе преобразователя. Толкатель через шаровой палец 21 соединен с выходным валом 6 исполнительного устройства. Между проставками закреплена плата, на которой расположены электронные элементы схемы первичной обработки и преобразования входного сигнала. Программатор . Для индикации текущих и заданных параметров регулятора, а также для оперативного изменения настраиваемых параметров. Управление исполнительным устройством производится путем изменения значения тока, протекающего через катушку электромагни-

Рис. 5.9. Поворотный электромагнит: 1 — колпак; 2 — пружина; 3 — якорь; 4 — магнитопровод; 5 — корпус; 6 — подшипник; 7 — рычаг пружины; 8 — катушка электромагнита; 9 — вал; 10 — упорный рычаг

119

та 8 (рис. 5.9), методом широтно-импульсной модуляции. При определенных значениях тока момент, создаваемый магнитным потоком, уравновешивает момент, создаваемый пружиной 2, и электромагнит позиционирует соответствующие углы поворота вала 9, который, в свою очередь, через рычаг 10 (рычаг 18, см. рис. 5.8) и рычаг системы рычагов 8 (см. рис. 5.8) обратной связи воздействует на золотник 13 13,, который рабочей кромкой «а» управляет перемещением поршня сервомотора, связанного с выходным валом 6 через рычаг 7. Последний через систему рычагов 8 стремится вернуть золотник 13 в исходное положение при его отклонении в ту или другую сторону от воздействия поворотного магнита. Тем самым каждому угловому положению вала 9 (см. рис. 5.9) электромагнита соответствует определенное угловое положение выходного вала 6 (см. рис. 5.8), но уже передающий большой момент за счет гидравлического усилия. Работа исполнительного устройства (рис. 5.10) 5.10).. Информация о положении выходного вала исполнительного устройства или фактической топливоподаче в каждый момент времени, по которой определяется текущая мощность дизель-генератора, поступает в блок управления от преобразователя линейного перемещения. При изменении положения выходного вала изменяется положение ферритовых колец относительно катушки и тем самым изменяется индуктивное ее сопротивление. Совместно со схемой первичной обработки сигнала катушка образует колебательный контур, частота которого зависит от текущего положения ферритовых колец. В связи с чем каждому положению выходного вала соответствует определенная частота выходного сигнала преобразователя, которая поступает к контроллеру блока управления. Устройство преобразователей частоты вращения коленвала дизеля и ротора турбокомпрессора. Выполнены на одном принципе и имеют одинаковые конструкции, отличие заключается в присоединительном размере. Они представляют собой микромощный генератор переменного тока с постоянным магнитом. Работа преобразователей частоты вращения коленвала дизеля и ротора турбокомпрессора. Основана на принципе электромагнитной индукции. При приближении ферромагнитного зуба к торцу магнитного сердечника происходит нарастание магнитного потока, протекающего через сердечник в осевом направлении. Нарастание магнитного потока индуцирует увеличение тока прямого направления в 120

Рис. 5.10. Схема исполнительного устройства ЭГУЭГУ-104 104

обмотке. При удалении ферромагнитного зуба от торца магнитного сердечника 3 происходит спадание магнитного потока в сердечнике, индуцирующее увеличение тока обратного направления в обмотке. При последовательном прохождении ферромагнитных зубьев около торца магнитного сердечника 3 в обмотке 2 индуцируется ток с частотой, равной частоте следования зубьев. Величина тока, индуцируемого в обмотке, прямо пропорционально нарастает с увеличением частоты следования зубьев (увеличением скорости изменения магнитного потока). Коэффициент пропорциональности при этом зависит от величины минимального зазора между сердечником и вершиной зуба. Чем меньше зазор, 121

тем больше величина тока при фиксированной частоте следования зубьев, и в большей степени нарастает величина выходного сигнала преобразователя с увеличением частоты следования зубьев. Устройство и работа преобразователя давления наддува и преобразователя давления масла. Конструкция и принцип действия преобразователей одинаковы. Преобразователь давления наддува измеряет избыточное давление в диапазоне 0–0,25 МПа (0–2,5 кгс/см2), а преобразователь давления масла измеряет избыточное давление в диапазоне 0–1,6 МПа (0–16 кгс/см 2). Работа регулятора. Регулятор обеспечивает работу дизеля по командам, поступающим от бортовой микропроцессорной системы управления и в аварийном режиме (при отказе бортовой микропроцессорной системы управления) по сигналам, поступающим на дискретные входы. Для регуляторов тепловозов 2ТЭ70 и ТЭП ТЭП70 70 возможна работа в режиме «Резервная работа», который включается при неисправности регулятора. В этом режиме исполнительное устройство переключается на работу с платой резервирования, и в этом случае регулятор прекращает воспринимать сигналы управления от бортовой микропроцессорной системы и передавать ей информацию. Работа регулятора при пуске дизеля. От бортовой микропроцессорной системы управления на блок управления должна поступить по последовательному порту команда «Работа». После этого возможен запуск дизеля. В процессе подготовки дизеля к пуску его коленчатый вал не вращается и от преобразователя частоты вращения сигнал не поступает. Блок управления во внешнюю цепь управляющих сигналов не выдает. При пуске стартер-генератор начинает вращать коленчатый вал дизеля и в блок управления поступает сигнал от преобразователя частоты вращения. По достижении частоты вращения 32–36 мин–1 блок управления выдает команду на выдвижение реек топливных насосов, соответствующую пусковой подаче, и в таком положении фиксирует их до достижения частоты вращения колен–1 . После достижения частоты вращения коленчатого вала 250 мин –1 в работу вступает регулятор частоты чатого вала дизеля 250 мин вращения и с заданным темпом выводит дизель на минимальную частоту вращения, заданную бортовой микропроцессорной систе122

мой управления, по достижении которой начинает поддерживать ее на этом уровне. Работа регулятора при работе тепловоза в режиме «холостого хода» и в режиме «тяги» одинакова. Частота вращения коленвала дизеля задается бортовой микропроцессорной системой управления. В соответствии с заданной частотой вращения регулятор обеспечивает ее поддержание путем управления исполнительным устройством, выходной вал которого соединен с рейками ТНВД. В переходных режимах работы дизеля под нагрузкой в случае, если рейки ТНВД достигают ограничительной характеристики в функции давления наддува, регулятор ограничивает выход реек на уровне ограничения. По мере роста давления наддува и изменения уровня ограничения в соответствии с заданной характеристикой регулятор обеспечивает скольжение реек ТНВД по этой характеристике и по достижении заданной частоты вращения обеспечивает ее поддержание на заданном уровне. Давление наддува измеряется аналоговым преобразователем давления, выходной сигнал которого изменяется от 4 до 20 мА, а положение реек ТНВД — преобразователем линейного перемещения, встроенного в исполнительное устройство. Работа регулятора в режиме «Резервная работа» (только для регуляторов тепловозов 2ТЭ70 и ТЭП ТЭП70) 70). Для перехода в режим необходимо снять напряжение 110 В, подводимое к источнику питания электронного регулятора, для чего выключить автоматический выключатель «Электронный регулятор», расположенный на панели автоматических выключателей тепловоза. Тумблер «Резервное питание» на источнике питания и тумблер «Резервная работа» на блоке управления переключить в положение «ВКЛ». Затем включить автоматический выключатель «Электронный регулятор». На блоке питания должны загореться светодиоды «Резервное питание». При работе регулятора в режиме «Резервная работа» функционирует только плата резервирования, на которой расположен резервный микроконтроллер, программа которого обеспечивает поддержание частоты вращения коленчатого вала дизеля, заданной сигналами, поступающими на входы регулятора, и обеспечивает остановку двигателя при снятии сигнала с входа регулятора ДВХ ДВХ6. 6. ВНИМАНИЕ. Переключение тумблера на блоке управления «Резервная работа» при включенном источнике питания электронного регулятора (при горящих на блоке питания светодиодах) не допускается. 123

Глава 6. СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЕЙ И ВСПО ВСПОМО МОГ ГАТЕЛЬН ТЕЛЬНО ОГО ОБО ОБОРУ РУДО ДОВ ВАНИЯ 6.1. Общие сведения Для нормальной работы дизеля на тепловозе предусмотрены обслуживающие его системы: топливная, воздухоснабжения, водяная и масляная. Топливная система имеет бак, трубопроводы с фильтрами грубой и тонкой очистки, топливоподкачивающий насос, насосы высокого давления и топливовпрыскивающие форсунки. Система воздухоснабжения состоит из воздухозаборных фильтров, охладителей воздуха, газотурбинных или механических нагнетателей, обеспечивающих подачу очищенного воздуха под повышенным давлением в воздушные коллекторы и далее в цилиндры дизеля. Водяная система служит для охлаждения стенок цилиндров, нагреваемых теплом, выделяющимся при сгорании топлива. Чтобы успешно отводить тепло от стенок цилиндров дизеля, на тепловозе предусмотрено охлаждающее устройство. Водяные полости между цилиндрами и рубашками соединены трубопроводами с трубчатыми радиаторами. Для обеспечения циркуляции воды в системе установлены водяные насосы. Проходящая по трубкам радиаторов вода охлаждается воздухом, подаваемым через секции радиаторов специальными вентиляторами. Регулируя подачу воздуха через секции радиаторов, поддерживают температуру охлаждающей жидкости на определенном уровне. Масляная система служит для смазывания трущихся деталей дизеля. Так как масло одновременно охлаждает такие узлы, как поршни, работающие при высоких температурах, то его необходимо охлаждать. Для этого в масляной системе предусмотрены насосы, обеспечивающие циркуляцию масла между дизелем и холодильным устройством. В качестве охлаждающего устройства используются либо масловоздушные радиаторы, либо водомасляные теплообменники. В систему включены также маслопрокачивающие насосы, фильтры грубой и тонкой очистки масла. Для получения сжатого воздуха, необходимого для питания тормозной системы, а также для электропневматической системы 124

управления механизмами и аппаратами, на тепловозе установлен компрессор. Привод компрессора и других вспомогательных машин осуществляется от вала дизеля через раздаточный редуктор. На некоторых тепловозах для привода компрессора (и других машин) используют электродвигатели.

6.2. Топливные системы Топливные системы тепловозов служат для бесперебойной подачи очищенного топлива к топливным насосам высокого давления в течение времени, определенного его запасом на тепловозе. Принципиально топливные системы различных тепловозов идентичны, т.е. в своем составе имеют одинаковые по назначению элементы: топливный бак, трубопроводы, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, топливоподкачивающий насос, топливоподогреватель, предохранительные и невозвратные клапаны, вентили и манометры. Дизель 10Д100. Топливо (рис. 6.1) подается в систему из топливного бака подкачивающим насосом 20. При этом оно проходит заборное устройство 10, фильтры грубой очистки 19, фильтры тонкой очистки 6 и по топливопроводам подводится к топливным насосам высокого давления. Подача насоса топливой системы обычно более чем в 2 раза превышает максимально необходимую для работы дизеля на полной мощности. Это обеспечивает интенсивную циркуляцию топлива в баке и его разогрев. Избыток топлива через перепускной клапан 3 сливается в подогреватель 9. Для предохранения насоса от перегрузок перед фильтром установлен предохранительный клапан, отрегулированный на давление 0,3—0,35 МПа (3—3,5 кгс/см2 и через который избыток топлива сливается в топливоподогреватель и далее в бак. Давление топлива в топливном коллекторе после фильтров тонкой очистки колеблется в пределах 0,1–0,25 МПа (1—2,5 кгс/см2). Для измерения давления топлива до фильтров и после фильтров применяются манометры 4 и 5. Для гашения пульсации давления топлива и защиты манометра 5 от повреждения перед ним установлен демпфер 7 в виде шайбы с дросселирующим отверстием диаметром 0,4 мм. По разности показаний манометров 4 и 5 можно судить о степени загрязненности фильтров 6: больше разность показаний, больше степень загрязненности фильтров. Для выпуска воздуха и эмульсии из системы на нагнетательной трубе имеется вентиль 11 11.. Грязное топливо из 125

Рис. 6.1. Топливная система тепловоза 2ТЭ10М: 1 — дизель; 2 — коллектор; 3 — клапан перепускной на давление открытия 0,13 МПа; 4, 5 — манометры давления топлива до и после фильтра на приборном щитке; 6 — фильтр тонкой очистки; 7— демпфер; 8 — клапан предохранительный (на 0,3–0,35 МПа); 9 — подогреватель топлива; 10 — заборное устройство; 11 — вентиль для выпуска воздуха из системы; 12 — труба для топливомерной рейки; 13 — бак; 14 — пробка и клапан для слива отстоя; 15, 16 — вентили, управляющие сливом подогретого топлива в бак для разогрева всей массы топлива; 17 — заправочная горловина; 18 — клапан аварийного питания; 19 — фильтр грубой очистки топлива; 20 — топливоподкачивающий насос

лотка дизеля сливается по трубе в грязеотстойник, а просочившееся из форсунок — обратно в топливный бак. В топливоподогревателе 9 топливо подогревается горячей водой из системы охлаждения дизеля. Если нет необходимости в подогреве топлива, топливоподогреватель может быть отключен. При выходе из строя топливоподкачивающего насоса система переводится на аварийный режим, при котором топливо, минуя фильтры грубой очистки, через клапан 18 аварийного питания поступает к фильтрам тонкой очистки и далее в топливные коллекторы. Подъем топлива к топливным насосам в этом случае происходит в результате разрежения в топливопроводе, создаваемого плунжерами насосов высокого давления. Под действием атмосферного 126

давления топливо из бака поднимается к клапану аварийного питания, приподнимает шарик клапана и поступает в топливные коллекторы. При работе на аварийной системе дизель может развить мощность не более2/ 3 номинальной. Дизель типа 5Д49. Дизель (рис. 6.2) имеет два топливных насоса: один топливоподкачивающий 10, работающий только во время пуска дизеля, и другой основной 3 с приводом от дизеля. При выходе из строя основного насоса топливоподкачивающий включается тумблером, расположенным в аппаратной камере, на постоянный режим работы. В случае выхода из строя обоих насосов, подача топлива в топливные коллекторы осуществляется через кла-

Рис. 6.2. Топливная система тепловоза ТЭП ТЭП70: 70: 1 — топливный бак; 2 —грязесборник; 3 — насос топливный основной; 4 — заборное устройство; 5 — клапаны невозвратные; 6 — гибкий рукав; 7 — клапан аварийного питания; 8 — клапан предохранительный (на 0,3 МПа); 9 — фильтр грубой очистки топлива; 10 — топливоподкачивающий насос; 11 — электродвигатель; 12 — вентиль для выпуска воздуха из системы; 13 — фонарик; 14 — подогреватель топлива; 15 — вентиль слива подогретого топлива в трубу заборного устройства; 16 — перепускной клапан на давление 0,11– 0,13 МПа; 17 — манометр давления до фильтра тонкой очистки; 18 — электроманометры давления после фильтра тонкой очистки; 19 — фильтр тонкой очистки; 20 — дизель; 21 — кран для слива отстоя

127

пан 7 аварийного питания за счет разрежения в топливопроводе, создаваемого плунжерами насосов высокого давления. Для поддержания необходимого давления топлива перед насосами высокого давления на сливном топливопроводе установлен подпорный клапан 16, отрегулированный на давление 0,11– 0,13 МПа (1,1—1,3 кгс/см2). Система имеет также возможность перепускать избыток топлива из напорного топливопровода в сливной через предохранительный клапан 8, отрегуливанный на давление 0,3 МПа. Слив грязного топлива с полок блока производится в грязесборник 2, расположенный в топливном баке 1 с правой стороны. Воздух из системы выпускают через вентиль 12. Наблюдение за выходом воздуха осуществляется через фонарик 13 13.. Дизель ПД ПД1М. 1М. Дизель (рис. 6.3) имеет два фильтра грубой очистки 13 и двухсекционный фильтр тонкой очистки 7. Перед фильт-

Рис. 6.3. Топливная система тепловоза ТЭМ ТЭМ2: 2: 1 — топливоподогреватель; 2 — пробка; 3 — электродвигатель; 4 — топливоподкачивающий насос; 5 — разгрузочный клапан; 6 — клапан; 7 — фильтр тонкой очистки; 8 — топливный коллектор; 9 — электроманометр; 10 — обратный шариковый клапан; 11 — кран; 12 — бак топливный; 13 — клапан слива топлива из отстойника; 14 — фильтры грубой очистки топлива; 15 — вентиль

128

ром тонкой очистки установлен разгрузочный клапан 5, защищающий топливоподкачивающий насос 4 от перегрузки. Избыточное топливо из коллектора 8 через клапан 6, отрегулированный на давление 0,25 МПа, отводится в топливоподогреватель 1, а из него в топливный бак 12 12.. При работе топливоподогревателя вентиль 15 должен быть закрыт. При работе летом горячая вода не проходит через подогреватель и топливо проходит по нему не подогреваясь. При аварийной системе питания дизеля топливом кран 11 открывают, и топливо через обратный шариковый клапан 10 подается благодаря разрежению к плунжерам топливных насосов высокого давления. Просочившееся топливо из форсунок стекает в капельницы, а затем в сливную коробку, куда также стекает топливо из топливных насосов, и оттуда в топливный бак. Выпуск воздуха из системы осуществляется через кран. Топливный бак. Бак представляет собой сваренный из стальных листов резервуар, усиленный внутри перегородками. Усиливающие перегородки в баке дают возможность гасить энергию колебаний топлива, возникающих при резких изменениях скорости движения тепловоза. С обеих сторон бака имеются заправочные горловины с фильтрующими сетками. Под днищем бакав расположен отстойник, в котором скапливаются тяжелые осадки топлива. Для слива топлива внизу отстойника имеется пробка или кран. На верхней поверхности бака имеются одна или две вентиляционные трубы, позволяющие избежать изменений давления в баке при заправке и при расходовании топлива. Топливная система тепловоза 2ТЭ116 (рис. 6.4). Во время предпусковой прокачки системы и пуска дизель-генератора топливоподкачивающий агрегат 8 с электрическим приводом засасывает топливо по трубе заборного устройства 2 из бака для топлива через фильтр грубой очистки 4 и по нагнетательной трубе через фильтр тонкой очистки 7 подает топливо в трубу подвода к топливным насосам дизеля. Избыток топлива через перепускной клапан 12, подогреватель топлива 10 сливается в заборное устройство бака для топлива. Из топливных насосов топливо по форсуночным трубкам поступает к форсункам, через которые происходит впрыск топлива в цилиндры дизеля. Топливо, просочившееся из полости высокого давления форсунок, также сливается в топливный бак через 129

Рис. 6.4. Топливная система тепловоза 2ТЭ116: 1, 2 — манометры; 3 — топливный насос высокого давления; 4 — труба высокого давления к форсунке; 5 — коллектор топливный; 6 — клапан подпорный (на 0,11—0,13 МПа); 7, 19 — трубопроводы слива загрязненного топлива; 8 — клапан предохранительный (на 0,3–0,35 МПа); 9 — вентиль для слива топлива из системы; 10 — топливоподкачивающий агрегат; 11 — пробка для выпуска воздуха; 12 — топливоподогреватель; 13 — бак для топлива; 14 — клапан для слива отстоя; 15 — фильтр грубой очистки топлива; 16 — клапан аварийного питания; 17 — труба топливомера; 18 — фильтры тонкой очистки; 20 — демпферы с калиброванными отверстиями

трубу топливомера. Для обеспечения давления топлива, необходимого для нормальной работы дизель-генератора, на нагнетательном трубопроводе после топливоподкачивающего агрегата установлен предохранительный клапан 9, отрегулированный на давление 0,3—0,35 МПа (3,0—3,5 кгс/см2), и в конце трубы подвода топлива к топливным насосам дизеля перепускной клапан 12, открыва2). Кроме ющийся при давлении 0,11—0,13 МПа (1,1—1,3 кгс/см того, предохранительный клапан защищает от недопустимых давлений фильтрующие элементы фильтра тонкой очистки и уплотнения насоса топливоподкачивающего агрегата. После длительной стоянки дизель-генератора при подготовке его к пуску при рабо130

тающем топливоподкачивающем агрегате из нагнетательного трубопровода удаляют воздух открытием вентиля на трубе к фильтру тонкой очистки топлива. Грязное топливо с полок дизеля и плиты топливоподкачивающего агрегата удаляется по сливному трубопроводу 5 наружу тепловоза. После пуска дизель-генератора топливоподкачивающий агрегат отключается и в работу вступает топливоподкачивающий насос 16 16,, установленный на дизеле. Топливо в этом случае проходит через фильтр грубой очистки 3 и нагнетается к фильтру тонкой очистки 7. Магистраль к топливоподкачивающему агрегату перекрывается невозвратным клапаном 6. В случае отказа топливоподкачивающего насоса дизеля топливоподкачивающий агрегат используется как аварийный. Манометр 14 14,, установленный на щите приборов в машинном помещении, показывает давление топлива, измеренное в нагнетательном трубопроводе перед фильтром тонкой очистки. Оно должно быть 0,3—0,35 МПа (3,0—3,5 кгс/см 2). Манометр 13 показывает давление топлива после фильтра тон2). кой очистки, которое должно быть не менее 0,15 МПа (1,5 кгс/см По этим манометрам контролируется работа системы подачи топлива в дизель, а также перепад давления по фильтру тонкой очист ки. При достижении перепада 0,15 МПа (1,5 кгс/см2) возникает необходимость промывки фильтра поворотом крана переключения, установленным в корпусе фильтра. Промывка производится без остановки дизель-генератора и без разборки фильтра. Если работоспособность фильтра тонкой очистки после промывки на тепловозе не восстанавливается, необходимо заменить фильтрующие элементы. Для предохранения манометров от пульсаций давления топлива, вызываемых работой топливных насосов высокого давления дизеля, перед манометрами установлены демпферы 15 15.. Топливоподкачивающие насосы. Насосы (рис. 6.5) подают топливо из бака к насосам высокого давления, обеспечивая надежное заполнение надплунжерного их пространства. Обычно на дизелях применяют один насос шестеренного типа с приводом от электродвигателя, смонтированного на общей плите с насосом. Такие насосы имеют постоянную, независимо от дизеля, частоту вращения приводного вала и подачу. При независимом приводе насоса обеспечивается одинаковое при циркуляции топлива давление как в режиме холостого хода, так и в режиме полной мощности. 131

Рис. 6.5. Схема работы насоса (а) и его устройство (б): 1 — ведущая шестерня с внутренними зубьями; 2 — ведомая шестерня; 3 — корпус; 4, 5 — нагнетательная и всасывающая полости насоса; 6 — отверстие с резьбой для крепления топливоподкачивающей трубы; 7 — стальная втулка; 8, 10, 11 — сильфонное уплотнение; 9 — пружина; 12 — уплотнительное кольцо; 13 — накидная гайка; 14 — ось; 15 — регулировочные прокладки; 16 — крышка; 17 — заглушка; А — серповидный выступ; Б — приводной валик

Шестеренный насос (помпа) состоит из корпуса 3 и крышки 16 с серповидным выступом А. В крышку впрессована ось 14, на которой свободно вращается шестерня 2, входящая в зацепление с ведущей шестерней 1 с внутренними зубьями. Ведущая шестерня выполнена как одно целое с приводным валиком Б, соединенным муфтой с электродвигателем постоянного тока типа П21 мощностью 0,5 кВт. Наружная цилиндрическая поверхность ведущей зубчатой шестерни пришлифована к расточке корпуса, а вершины зубьев—к нижней поверхности серповидного выступа крышки насоса. Впадины между зубьями прорезаны с выходом на наружную поверхность. 132

Топливо, поступая через штуцер в полость корпуса насоса, заполняет впадины между зубьями шестерен. При вращении шестерен топливо захватывается зубьями и двумя потоками между зубьями шестерен, сверху и снизу серповидного выступа поступает в нагнетательную полость насоса и далее в топливопровод. Для предотвращения утечек топлива по валику Б на нем надето уплотнение, состоящее из двух бронзовых втулок 8, 11 11,, припаянных к латунной гофрированной втулке 10 10.. Притертым торцом втулка 8 прижата к стальной втулке 7, напрессованной на валик Б, пружиной 9, зажатой между втулками 8, 11 11.. Втулка 11 своим коническим притертым пояском прижата к корпусу при помощи накидной гайки 13 13.. Допускается утечка топлива по валику не более одной капли в 1 мин. Топливоподкачивающий насос при текущем ремонте в объеме ТР-3 ТР3 снимается и разбирается. Корпус насоса, имеющий трещины, негодный сильфон и амортизатор муфты, заменяются. Нормальный зазор между ведущей втулкой и корпусом должен быть в пределах 0,03–0,09 мм, а осевой люфт ведущей втулки 0,04–0,05 мм. При необходимости насос испытывается на стенде согласно техническим условиям на приемку и стендовые испытания насосов. Соосность оси электродвигателя с осью насоса регулируется прокладками. Допускается смещение осей электродвигателя и насоса не более, чем на 0,1 мм, излом осей на радиусе 50 мм не более 0,1 мм. После регулировки соосности валов обязательна постановка контрольных штифтов. Фильтры топлива. В топливной системе установлены фильтры: предварительной очистки (сетки заправочных горловин топливных баков), задерживающие лишь крупные частицы; грубой очистки, задерживающие частицы крупнее 50—100 мкм, и тонкой очистки, не пропускающие частицы более 4—5 мкм. Все топливные фильтры состоят из двух основных частей: корпуса и фильтрующего элемента. Фильтры грубой очистки у большинства тепловозов, в том числе у тепловозов 2ТЭ10М( 2ТЭ10М(В) В) и ТЭМ ТЭМ2 2 (рис. 6.6), состоят из двух цилиндрических корпусов, соединенных общей крышкой с трехходовым краном, обеспечивающим отключение любого из фильтров в случае необходимости. Фильтрующие элементы в этих фильтрах представляют собой гофрированные металлические сетки 4, 6, на которые навита виток к витку медная проволока трапециевидно133

Рис. 6.6. Фильтр грубой очистки топлива: 1 — заглушка; 2 — корпус; 5 —прокладка; 4 — наружная секция; 5 — колпак; 6 — внутренняя секция; 7 — пружина коническая; 8 — прокладка; 9 — стяжной болт; 10 — пробка

го сечения. В навитом состоянии проволока своими равномерно распределенными выступами с одной стороны образует между витками фильтрующую щель размером 0,07—0,09 мм. Фильтрующие элементы разных диаметров, вставленные друг в друга и укрепленные на шпильке, образуют секцию. Каждая секция закрыта заглушкой 1, притянутой к корпусу при помощи болта и шпильки и уплотненной паронитовой прокладкой 6. Фильтрующие элементы секции поджаты пружиной 7. При прохождении топлива через фильтрующие элементы частицы механических примесей, превышающие размер щели, задерживаются на наружной поверхности стаканов. Обе фильтрующие секции работают параллельно. Направление подвода топлива указано стрелками на корпусе 2. Фильтр тонкой очистки топлива дизелей типа 5Д49 (рис. 6.7, б) состоит из бумажных или миткалевых элементов, расположенных в отдельных корпусах 11, объединенных общей крышкой 12 и уп134

Рис. 6.7. Фильтры тонкой очистки топлива тепловозов 2ТЭ10В (а), ТЭП ТЭП70 70 (б): 1, 9, 15 — пробки; 2 — стержень; 3, 11 — корпуса; 4 — колпак: 5 — фильтрующие элементы; 6, 17 — бумажные шторы; 7 — пружина; 8 — гайка; 10 — шарик; 12 — крышка-кронштейн; 13 — кольцо резиновое; 14 — пробковый кран; 16 — крышка; 18, 19 — перфорированные картонные цилиндры

лотненных прокладкой. Каждая пара фильтрующих элементов 5 сверху и снизу уплотнена резиновыми кольцами 13 13,, надетыми на стержень 2. Снизу элементы поджаты пружиной 7. В нижней части корпуса в гайку 8, прижимающую корпус 11 к крышке 12 12,, ввернута пробка 1, которая через шарик 10 закрывает сливное отверстие. В крышке 12 имеются две пробки для спуска воздуха из фильтров и трехходовой кран 14 для распределения подачи топлива в обе секции. Дизель 2А-5Д49 имеет два двухсекционных фильтра, объединенных между собой трубками. Сменный фильтрующий элемент 5 состоит из гофрированной круглой шторы 17 из двухслойной фильтровальной бумаги или миткалевой ткани, размещенной между наружным 19 и внутренним 18 перфорированными цилиндрами из картона. К наружному цилиндру 19 штора приклеена. Сверху и снизу цилиндры закрыты крышками 16 16.. Картонные цилиндры вместе с крышками служат каркасом фильтрующего элемента. 135

Топливо поступает в корпуса 11 фильтров через штуцер, ввернутый в крышку 12, проходит через отверстия в наружном цилиндре, бумажную штору и отверстия во внутреннем цилиндре внутрь фильтрующих элементов и далее через отверстия в стержне 2 выходит через второй штуцер в крышке к топливным насосам высокого давления. Примеси в топливе в виде частиц размером свыше 3–5 мкм оседают на наружной поверхности бумажной шторы. Формой бумажной шторы достигается минимальное сопротивление потоку топлива, максимальная поверхность фильтрации. Топливоподогреватель предназначен для подогрева топлива в холодное время года (рис. 6.8). Он представляет собой цилиндрический резервуар, в плоские торцы которого вварены стальные трубки. С обеих сторон резервуар закрыт крышками 3, 8 со шту-

Рис. 6.8. Общий вид (а) и устройство (б) топливоподогревателя: 1, 10 — штуцеры для подвода и отвода горячей воды; 2 — корпус; 3, 8 — крышки; 4 — болт для крепления крышки; 5 — прокладка; 6, 7 — штуцеры для топлива; 9 — стальные трубки; 11 — кронштейн для крепления

136

церами 1, 10 для подвода и отвода горячей воды. Кроме того, в корпус подогревателя вварены штуцера 6, 7 для подвода и отвода топлива.

6.3. Масляные системы дизелей Масляная система служит для подвода масла под давлением к трущимся деталям, отвода тепла от них, а также для удаления продуктов износа и частиц нагара, попадающих между трущимися поверхностями. Масляная система состоит из внутренней и внешней. Внутренние системы представляют собой совокупность каналов и трубок в деталях, обеспечивающих подвод масла ко всем механизмам. Системы подвода смазки к трущимся деталям у всех дизелей принципиально одинаковы. Масляный насос, установленный на маслоподкачивающей трубе, забирает масло из поддона дизеля и подает его во внешнюю систему, где оно фильтруется и охлаждается. Пройдя внешнюю систему, масло попадает в масляный коллектор дизеля, откуда оно по трубам и каналам распределяется по узлам и агрегатам. По сверлениям в коленчатом валу масло попадает к коренным и шатунным подшипникам, откуда по каналам в шатунах оно подводится к поршням, обеспечивая их охлаждение и смазывание трущихся деталей цилиндро-поршневой группы. Подвод масла для смазывания подшипников распределительного вала, механизмов привода клапанов, шестеренных приводов, подшипников турбокомпрессоров и других агрегатов дизеля осуществляется по трубам и сверлениям в деталях. Наиболее нагруженные детали смазываются под давлением, остальные — разбрызгиванием. После смазывания узлов и агрегатов дизеля масло сливается в поддон (маслосборник), откуда снова попадает во внешнюю систему, которая содержит насосы, охладители масла, фильтры грубой и тонкой очистки, центробежные очистители масла, контрольные и защитные приборы. От внешней масляной системы часть масла через редукционные клапаны и дроссели отводится на смазывание вспомогательных агрегатов тепловоза: распределительных редукторов, гидроредукторов привода вентиляторов, редукторов вентилятора централизованного воздухоснабжения и др. Как правило, фильтры грубой очистки масла (с тонкостью отсева 0,1 мм) устанавливают в системе последовательно потоку масла, что 137

обеспечивает фильтрацию практически всего подаваемого насосом масла, фильтры тонкой очистки (с тонкостью отсева частиц размером 20–30 мкм) устанавливают на некоторых тепловозах (2ТЭ10М, ТЭМ2, ТЭМ 2, ЧМЭЗ) параллельно с пропуском через них 4–20 % масла. На остальных тепловозах; (ТЭП ТЭП70, 70, 2ТЭ121, М62, ТЭМ ТЭМ7, 7, 2ТЭ116) — последовательно, поэтому их называют полнопоточными. Параллельно в систему включены и центробежные очистители масла, пропускающие от < до 10 % масла. Системы подвода масла к деталям у всех дизелей принципиально одинаковы. Тепловоз 2ТЭ10М. В системе (рис. 6.9) установлен один масляный насос 1, обеспечивающий циркуляцию масла под давлением в основном контуре, включающем масляную ванну в картере дизеля, трубопровод, охладитель масла (водомасляный теплообменник) 10 10,, фильтр грубой очистки 13 и масляные коллекторы дизеля с его внутренней системой. Помимо основного контура масляная система имеет ряд дополнительных контуров: два независимых друг от друга контура тонкой очистки масла, контур прокачивания масла перед пуском дизеля, а также контур смазывания редукторов. После масляного насоса 11 около 5—6% масла направляется к бумажным фильтрам тонкой очистки 12 12,, откуда сливается снова в картер дизеля. Так как часовая подача насоса раз в семьдесят превышает объем масла в дизеле, то такой доли масла, направляемой в фильтры тонкой очистки, вполне достаточно для его очистки. Кроме того, второй контур очистки — контур центробежной очистки — обеспечивает очистку еще 10% объема масла. Контур центробежной очистки включает дополнительный масляный насос, установленный в картере дизеля, и центробежный очиститель масла, после которого масло стекает обратно в картер дизеля. В картере установлен предо хранительный клапан, который при достижении в картере давления масла 0,8—1,02 МПа перепускает часть масла в основной контур. Маслопрокачивающнй шестеренный насос 6, соединенный с электродвигателем, служит для прокачки масла в системе перед пуском дизеля для надежной подачи масла к его трущимся деталям, чтобы устранить задиры и уменьшить затраты мощности при 138

Рис. 6.9. Масляная система тепловоза 2ТЭ10М: 1 — гидропривод вентилятора; 2 — сервомотор автоматического привода гидромуфты; 3 — дроссель с отверстием диаметром 10 мм для поддержания давления 0,1–0,22 МПа; 4 — фильтр тонкой очистки масла; 5 — труба отвода масла; 6 — пробка для выпуска воздуха; 7 — водомасляный теплообменник; 8 — задний распределительный редуктор; 9 — термореле; 10 — центробежный очиститель масла; 11 — масляный насос дизеля; 12 — трубки к манометрам на щитке, показывающем давление масла после фильтров правого и левого турбокомпрессоров; 13, 17 17— — электротермометры на пульте ведомой и ведущей секций; 14, 18 — электроманометры на пульте ведомой и ведущей секций; 15, 27 — клапаны редукционные, понижающие и поддерживающие давление масла в редукторах на постоянном уровне; 16 — манометр давления масла в переднем распределительном редукторе; 19 — откачивающий насос; 20 — заправочная горловина; 21 — щуп маслоизмерительный; 22 — маслопрокачивающий агрегат; 23 — дюритовое соединение; 24 — карман для ртутного термометра; 25 — клапан невозвратный; 26 — предохранительный клапан (на 0,07– 0,08 МПа), через который отводится часть очищенного в фильтре масла к вспомогательным механизмам; 27 — редукционный клапан на потоке масла к заднему редуктору и к гидроприводу; 28 — фильтр грубой очистки; 29 — насос центробежного очистителя масла, обеспечивающий давление 0,9–0,14 МПа; 30 — клапан разгрузочный на давление 0,4 МПа; 31 — датчик температуры масла после теплообменника; 32 — клапан запорный, автоматически прекращающий поступление масла в гидромуфту при выключенной гидромуфте или при закрытии всех жалюзи; 33 — дроссель с отверстием диаметром 5 мм для поддержания требуемого давления в гидромуфте при передаче масла через открытый вентиль 29 (цифры в кружках — номера бирок на кранах и вентилях)

139

пуске. Масло забирается насосом из картера дизеля и через невозвратный клапан 7 подается в фильтр грубой очистки, откуда поступает в масляные коллекторы дизеля и далее во внутреннюю систему. Время прокачки масла 1,5 мин определяется настройкой реле времени. Для смазывания подшипников редукторов масло поступает после фильтра тонкой очистки 12 через предохранительный клапан, отрегулированный на давление 0,07—0,08 МПа. В масляной системе дизеля установлены устройства автоматической защиты и приборы контроля. Защита дизеля от работы без масла или с пониженным его давлением осуществляется двумя реле давления. При падении давления масла в конце верхнего коллектора ниже 0,05–0,06 МПа происходит остановка дизеля в результате воздействия реле давления на цепь питания электромагнита золотника остановки регулятора; при падении давления ниже 0,11 МПа происходит сброс нагрузки в результате воздействия другого реле давления на цепь возбуждения генератора. Температура масла контролируется термореле 8, которое устанавливается на выходе масла из дизеля. Реле срабатывает при температуре масла 85 °С и снимает нагрузку с дизеля. Тепловоз ТЭМ ТЭМ2 2. Из внутренней системы дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 6.10) насос 1 забирает масло по маслоотводящей трубе из поддона дизеля и подает его во внешнюю систему. Внешние системы обеспечивают циркуляцию, очистку и охлаждение масла, забираемого из поддона дизеля и подводимого к его масляному коллектору. Внешняя масляная система содержит насосы, охладители масла, фильтры, контрольные и защитные приборы. Пройдя внешнюю систему, охлажденное и очищенное масло поступает в масляный коллектор дизеля, из которого оно по каналам 2 подается к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала. От шатунных шеек коленчатого вала масло подается по каналам в шатунах на охлаждение поршней и смазывание трущихся деталей цилиндропоршневой группы. Для смазывания подшипников распределительного вала масло от коллектора подводится к трубкам. К рычагам толкателей масло подается по трубкам и далее по каналам в рычагах и штангах толкателей — на смазывание рычагов механизма газораспределения. От масляного коллектора масло поступает также к шестерням привода распределительного вала и к подшипникам турбокомпрессора. После смазывания деталей и сборочных единиц дизеля масло сливается в поддон дизеля. 140

Рис. 6.10. Масляная система тепловоза ТЭМ ТЭМ2: 2: 1 — маслопрокачивающий насос; 2 — электродвигатель; 3 — обратный клапан; 4 — вентиль для перепуска холодного масла в картер, минуя фильтры; 5 — вентиль масляного бачка; 6 — обратный клапан на напорном трубопроводе; 7 — запасный бачок для масла; 8 — фильтры тонкой очистки; 9, 14 — вентили для отключения масляных секций; 10 — перепускной вентиль; 11 — термореле; 12, 15 — пробки для выпуска воздуха и слива масла из коллекторов; 13 — коллектор масляных секций; 16 — вентиль для слива масла из системы; 17 — регулирующий клапан, обеспечивающий слив масла в картер при давлении выше 0,295 МПа, минуя все фильтры; 18 — обратный клапан для предотвращения слива грязного масла из фильтров в картер; 19 — вентиль на сливной трубе; 20 — заглушка

Внешние масляные системы дизелей 10Д100, 5Д49 и ПД ПД1М 1М различаются числом масляных насосов, расположением трубопроводов и фильтров, типом охладителей масла и способами соединения отдельных элементов системы. Тепловоз ТЭП ТЭП70 70. Масляная система (рис. 6.11) содержит два масляных насоса 2, 17 17,, расположенных на переднем торце дизеля; два масляных охладителя 1; два фильтра грубой очистки 3, два полнопоточных фильтра тонкой очистки 7, маслопрокачивающий насос 6, трубопроводы, вентили и невозвратный клапан 16 16.. Масло из поддизельной рамы через специальное устройство 4 поступает во всасывающую полость правого масляного насоса 17 17,, проходит фильтр грубой очистки 3 и поступает по трубопроводу а 141

Рис. 6.11. Масляная система тепловоза ТЭП ТЭП70: 70: 1 — теплообменники; 2, 17 — масляные насосы; 3 — фильтр грубой очистки; 4 — маслозаборник; 5 — колпачок-заглушка; 6 — насос маслопрокачивающий; 7 — фильтры тонкой очистки; 8 — опора для терморегулятора; 9, 10 — грибки для термореле и реле давления; 11 11– –14 — манометры; 15 — дюритовые рукава: 16 — клапан невозвратный; 18 — кран для слива масла из воздушного коллектора (ресивера); 54 54*, *, 55 55*, *, 56 56*, *, 69* — вентили разобщительные. Номера вентилей в кружочках (в тексте помечены звездочками) соответствуют номерам на их бирках

к полнопоточным фильтрам тонкой очистки 7, из которых по трубопроводу б в правый охладитель 1. Пройдя последовательно оба охладителя, масло поступает в полость левого насоса 2 и оттуда под давлением в левый фильтр грубой очистки 3 и затем во внутреннюю систему смазки дизеля. Установка дополнительного фильтра грубой очистки 3 после левого насоса 2 вызвана тем, что при загрязнении фильтров тонкой очистки и росте их сопротивления часть масла может обходить фильтр через перепускной клапан, встроенный в фильтр. Часть масла после охладителей 1 поступает к двум центробежным очистителям, из которых после очистки сливается непосредственно в масляную ванну дизеля. Маслопрокачивающий насос 6 шестеренного типа с приводом от электродвигателя типа П42М с момента включения двигателя в 142

течение 60 с должен создать давление не менее 0,02 МПа в самой отдаленной от него точке системы. После пуска дизеля и прекращения работы маслопрокачивающего насоса шарик невозвратного (обратного) клапана 16 садится в свое седло, отсоединяя тем самым трубопровод в от основного трубопровода. После остановки дизеля маслопрокачивающий насос 6 автоматически включается и прокачивает систему в течение 60 с. На трубопроводе а перед фильтром тонкой очистки 7 на опоре 8 устанавливается терморегулятор в зависимости от температуры масла, изменяющий его расход в обход гидродвигателя вентилятора охлаждающего устройства. Тем самым обеспечивается необходимая частота вращения вентилятора для поддержания заданной температуры масла, поступающего в дизель. Манометры 13, 14 14,, установленные до и после фильтров грубой очистки 3, позволяют контролировать по их показаниям гидравлическое сопротивление фильтров. Этой же цели служат и манометры 11, 12 12,, установленные до и после фильтров тонкой очистки. Если перепад давлений по манометрам превышает 0,15 МПа, это будет свидетельствовать о загрязнении фильтров. Фильтры в данном случае заменяют. Заправку системы дизелей маслом производят через сливные трубопроводы с вентилями 54 с любой стороны тепловоза или через заливочную горловину поддизельной рамы. После заправки системы открывают краны на охладителях 1 и фильтрах грубой очистки 3 и включают маслопрокачивающий насос 6. При появлении масла в кранах их закрывают. Масляная система тепловоза ТЭМ ТЭМ18ДМ. 18ДМ. Система смазки, состоит из масляного шестеренчатого насоса дизеля, водомасляного охладителя, фильтра грубой очистки масла, полнопоточного фильтра тонкой очистки масла, центробежного маслоочистителя, маслопрокачивающего насоса, трубопроводов с арматурой и запасного бака для масла (рис. 6.12). Основным резервуаром системы смазки служит нижняя полость рамы дизеля (картер), в которую заливается ~350–420 кг масла. Смазка дизеля — принудительная, осуществляется при помощи масляного шестеренчатого насоса, установленного на дизеле. Масло забирается насосом из картера дизеля и подается в фильтр грубой очистки, затем в полнопоточный фильтр тонкой очистки и 143

Рис. 6.12. Масляная система тепловоза ТЭМ ТЭМ18ДМ: 18ДМ: 1 — картер дизеля; 2 — маслоуказательный щуп; 3 — пробка; 4 — сливная трубка; 5 — сетка нижнего маслосборника; 6 — масляный насос; 7 — маслопрокачивающий насос; 8 — клапан разгрузочный обратный; 9 — бак для масла; 10 — фильтр глубокой очистки; 11 — манометр; 12 — клапан перепускной; 13 — фильтр полноприточный; 14 — обратный клапан; 15 — охладитель водомасляный; 16 — маслоочиститель центробежный; 17 — горловина заливная; 18 — уровнемер; 19 — масляная ванна фильтра воздухоочистителя; 20 — пробка заливной горловины; 21 — трубопровод турбокомпрессора; 22 — трубопровод к приводу топливного насоса; 23 — датчики реле температуры; 24 — клапан перепускной; 25 — смазка привода водяных насосов; 26 — смазка привода топливных насосов

через регулятор температуры в водомасляный охладитель для охлаждения масла водой дизеля. Из охладителя масло поступает на смазку узлов дизеля, после чего сливается в картер. Масло к центробежному маслоочистителю отбирается из нагнетательной линии на выходе из фильтра грубой очистки. Насос дизеля в нагнетательном трубопроводе создает давление не более 5,5 кгс/см 2. Величина этого давления обеспечивается разгрузочным клапаном, размещенным непосредственно в насосе, перепускающим избыток масла при превышении указанного давления из нагнетательной полости во всасывающую. 144

Маслопрокачивающий насос служит для прокачки масла через систему с целью уменьшения износа трущихся деталей дизеля в период его пуска. На стороне напора за насосом установлен невозвратный клапан, который препятствует перетеканию масла через маслопрокачивающий насос в картер дизеля из напорной линии системы при работающем дизеле и неработающем маслопрокачивающем насосе. Элементы масляных систем. Главные масляные насосы насосы.. Насосы дизелей обеспечивают циркуляцию масла в системе. Все масляные насосы, применяемые на тепловозах, шестеренного типа и различаются только конструктивными формами, размерами и подачей. Основными элементами насосов являются косозубые шестерни, выполненные заодно со своими валами. Главный масляный насос дизеля 10Д100 (рис. 6.13) имеет чугунный корпус 1 с двумя патрубками, один из которых А присоединен к дизельной раме, а второй Б — к нагнетательной трубе системы. В цилиндрических расточках корпуса установлены ведущая 5 и ведомая 10 стальные шестерни. Цапфы шестерен вращаются в радиально-сферических подшипниках, запрессованных в расточки плит 2 и 9, которые изготовлены из антифрикционного чугу-

Рис. 6.13. Схема работы (а) и устройство (б) масляного насоса: 1 — корпус: 2 — внутренняя плита; 3 — приводная шестерня; 4 — предохранительный клапан; 5 — шестерня ведущая: 6 — крышка; 7 — устройство разгрузочное (демпфер); 8 — подшипники; 9 — наружная плита; 10 — шестерня ведомая; А — полость всасывающая; Б — полость нагнетательная

145

на. Плиты играют роль осевых упоров косозубых шестерен. Для уменьшения осевых усилий на наружную плиту 2 на конце правой цапфы шестерни 5 смонтирован масляный демпфер (амортизатор), представляющий собой поршень 7, находящийся в расточке крышки 6. Пространство между поршнем и крышкой соединено каналом с нагнетательной полостью. Усилие, соответствующее давлению нагнетания, передается через шарикоподшипник на торец цапфы шестерни, компенсируя осевое усилие от шестерни на плиту 9. Давление масла, создаваемое насосом, ограничивается предохранительным клапаном 4, состоящим из корпуса и поршня, прижатого к седлу двумя пружинами. Клапан отрегулирован на открытие при давлении масла 0,55 МПа. При превышении этого давления масло из насоса будет сливаться обратно в картер. Насос получает вращение от коленчатого вала через шестеренную передачу и зубчатую муфту, закрепленную на шлицах вала шестерни 5. Подача насоса — 120 3м/ч. Масляный насос дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 6.14) и его привод (рис. 6.15) прикреплены к торцовой части картера и блока дизеля со стороны

Рис. 6.14. Общий вид (а) и схема работы (б) масляного насоса: 1 — фланец; 2 — крышка; 3 — ведущая шестерня; 4 — втулка; 5 — заглушка; 6 — ведомая шестерня; 7 — всасывающий фланец масляного насоса; 8 — корпус; 9 — упорная гайка; 10 — накидная гайка; 11 — регулировочный винт; 12 — пружина; 13 — перепускной клапан

146

Рис. 6.15. Привод масляного насоса: 1 — фланец; 2 — крышка; 3 — ведущая шестерня; 4 — стопорный болт; 5 — вал привода; 6 — втулка; 7 — коническая шестерня; 8 — поводок; 9 — шпилька крепления масляного насоса центрифуги; 10 — вертикальный валик с конической шестерней; 11 — корпус; 12 — втулка валика; 13 — проставочное кольцо; 14 — установочная гайка; 15 — шплинт; 16 — шлицевая втулка; 17 — штифт; 18 — заглушка

первого цилиндра. Насос шестеренного типа, максимальная подача 24 м3/ч. В корпусе масляного насоса 11 размещены две цилиндрические шестерни 3 и 21, закрываемые крышкой 2. Цапфы шестерен вращаются в бронзовых втулках, запрессованных в чугунный корпус 11 и крышку 2. Для предохранения от проворачивания каждая из втулок имеет тугую посадку и дополнительно застопорена винтами. Шестерни 3 и 21 изготовлены из стали 12ХН2А, цементированы и закалены. Шестерни имеют по одиннадцать косых зу147

бьев. Как одно целое с шестернями изготовлены цапфы. Цапфа ведущей шестерни удлинена, ее удлиненный конец снабжен шлицами для соединения с муфтой. В нижней части корпуса масляного насоса отлит канал, соединяющий всасывающую и нагнетательную полости. При перетекании из полости в полость масло проходит через перепускной клапан 26 26,, прижатый к седлу пружиной, и открывающийся при давлении 0,53 МПа. Фланцем всасывающего патрубка а насос прикреплен к масляному каналу в картере дизеля, а нагнетательным патрубком б — к трубе, по которой масло поступает к секциям охлаждающего устройства. Привод масляного насоса имеет чугунный корпус 11, внутри которого размещены горизонтальный 5 и вертикальный 10 валы. На горизонтальный вал 5 напрессована коническая шестерня 7 со спиральными зубьями; ступица этой шестерни опирается на бронзовую втулку, запрессованную в крышку корпуса. Второй конец вала опирается также на бронзовую втулку (подшипник), залитую баббитом по внутренней цилиндрической и торцовой поверхностям. На конусную часть горизонтального вала 5 напрессован шкив привода вентиляторов охлаждающего устройства и тяговых электродвигателей. На валу со стороны конической шестерни укреплен стяжным болтом на шпонке поводок 8, изготовленный из стали 20Х2Н2А. На поводке выфрезерована головка, имеющая закаленные боковые поверхности. Головка входит между кулачками валоповоротного диска на коленчатом валу. Вращение коленчатого вала таким образом передается горизонтальному валу привода масляного насоса. Вал 5 вращается в бронзовой втулке 6, запрессованной в корпусе 11. Нижний конец вала 10 шлицевой муфтой соединен с цапфой ведущей шестерни 3 масляного насоса. Фильтры. Для грубой очистки масла на тепловозах обычно применяют пластинчато-щелевые фильтры. Секция фильтра (рис. 6.16) представляет собой корпус 6, к которому при помощи трех стоек, ввернутых в торец корпуса, прикреплен фильтрующий элемент, набранный из пластин 5 толщиной 0,3 мм, между которыми помещены звездообразные промежуточные пластины 4 толщиной 0,15 мм. Пластины 4, имея меньший диаметр, создают между соседними пластинами 5 зазор (щели) высотой 0,15 мм. Масло, проходя через эти щели, очищается от грубых посторонних частиц. Для очистки пластин служат ножи 3 толщиной 0,1 мм, смонтированные на 148

149

Рис. 6.16. Общий вид (а) и схема работы (б) щелевого фильтра грубой очистки масла: 1 — рукоятка; 2 — сальник; 3 — неподвижные ножи для очистки; 4 — прокладка; 5 — рабочие пластины; 6 — корпус; 7 — валик; 8 — сердечник (набор пластин); 9 — стойки; 10 — корпус привода масляного насоса; 11 — стержень щеток; 12 — гайка; 13 — канал для прохода масла внутрь фильтра; 14 — окна для прохода масла в масляную магистраль

стойке 8 квадратного сечения. При повороте рукоятки 1 вращается ось 2 вместе с пластинами 4 и 5 и с них ножами 3 снимаются посторонние частицы, которые скапливаются на дне камеры, куда помещены фильтры. Для тонкой очистки масла на дизелях типа Д100 применяют фильтры с бумажными элементами (рис. 6.17). В цилиндрическом корпусе 2 с двойным дном установлено на пустотелых стержнях семь фильтрующих секций. На каждом стержне надето по четыре бумажных элемента 1. Бумажный элемент — это картонная полоса с отверстиями. На эту полосу сверху и снизу наложены две ленты фильтровальной бумаги, свернутые гармошкой. Края бумаги смазаны клеем и при сворачивании полосы спирально на трубку с калиброванными отверстиями они склеиваются. Масло в фильтр подводится через отверстие а и, пройдя с торцов в фильтровальные элементы, попадает через отверстия внутрь стержней 5, а из них по отверстиям в штуцерах (внизу) — в полость б очищенного масла и по трубе в отводится в поддизельную раму. Перепуск-

Рис. 6.17. Фильтр тонкой очистки масла дизеля 10Д100: 1 — фильтрующий бумажный элемент; 2 — корпус фильтра; 3 — крышка; 4 — перепускной клапан; 5 — стержень пустотелый фильтра; а — подвод масла; б — полость очищенного масла; в — отвод масла

150

ной клапан 4 служит для предохранения фильтрующих элементов от чрезмерного давления масла. На дизелях типа 5Д49 применяется полнопоточный фильтр (рис. 6.18), в котором установлены фильтрующие элементы из синтетических (нетканых) материалов типа «Нарва 6». Фильтр выполнен по типу топливного фильтра тонкой очистки. Фильтрующий слой из синтетического материала менее плотен, чем фильтровальная бумага, и фильтр обладает меньшим сопротивлением. Эти фильтры позволяют пропускать через себя полный поток масла (полнопоточные фильтры). Фильтры тонкой очистки масла дизеля ПД ПД1М 1М сетчато-набивные. У этих фильтров пространство между сетками набивают хлопчатобумажными концами (путанкой). В настоящее время на тепловозах ТЭМ ТЭМ2 2 вместо сетчато-набивных фильтров устанавливают фильтры тонкой очистки с бумажными элементами. Принцип работы и элементы фильтра, за исключением фильтрующих элементов, остались без изменения.

Рис. 6.18. Фильтр масла полнопоточный дизеля 5Д49: 1 — основание корпуса; 2 — стакан; 3 — уплотнительное кольцо; 4 — опора; 5 — корпус; 6 — фильтрующий элемент; 7 — перепускной клапан; 8 — пружина; 9 — труба

151

Центробежные очистители масла. Рассмотренные средства очистки масла от загрязнений задерживают частицы, превышающие размеры пор ячеек фильтровальных элементов. Уменьшение ячеек фильтров, с тем чтобы уловить самые мельчайшие механические частицы — продукты износа подшипников, колец и т.п., — невозможно, так как в этом случае гидравлическое сопротивление фильтра оказалось бы огромным. Поэтому для отделения таких частиц от масла используется центробежный способ его очистки, при котором масло, попадая в цилиндр, вращающийся с очень большой частотой, отбрасывается на его стенки под действием центробежной силы. Так как плотность металлических частиц в несколько раз больше плотности масла, а центробежные силы в тысячи раз превышают силы тяжести частиц, то взвешенные в масле эти частицы прн вращении цилиндра остаются на его поверхности, образуя плотный слой. Центробежные очистители масла дизелей 10Д100, 5Д49 и ПД ПД1М 1М принципиально устроены и работают одинаково. Масло от специального шестеренного насоса подается под давлением к полой оси 3 (рис. 6.19) ротора 2, закрепленной в корпусе (кронштейне) 7 центрифуги. Выходя из отверстия в оси, масло перемещается в роторе, установленном на подшипниках оси, и

Рис. 6.19. Центробежный очиститель масла дизелей типа 5Д49: 1 — колпак; 2 — ротор; 3 — полая ось; 4 — втулка; 5 — прокладка бумажная; 6 — сопло; 7 — кронштейн; 8 — запорно-регулирующий клапан

152

подходит к сопловым наконечникам 6 ротора. Вытекая из сопел, масло развивает реактивную силу, заставляющую ротор вращаться. Масло, перемещающееся по ротору под действием центробежной силы, будет «сепарироваться», т.е. очищаться от посторонних частиц. Чистое масло стекает по каналам в корпусе обратно в картер.

6.4. Водяные системы дизелей Водяная система (рис. 6.20) служит для отвода и рассеивания в окружающую среду тепла от двигателя для обеспечения его нормальной работы в течение длительного времени, независимо от ве-

Рис. 6.20. Схема водяной системы дизеля: а — с масляными секциями и расширительным баком; б — с водомасляным теплообменником; 1, 10, 16, 17 — электротермометры; 2, 6, 8, 9 — трубы от воздушных и паровых «пробок»; 3 — расширительный бак; 4 — заправочная горловина; 5, 12, 14, 15, 20, 23, 25, 26, 32 — соединительные трубопроводы; 7 — вентиль; 11 11,, 13 — вентили к калориферам; 19 — воздухоохладитель; 21 21,, 22 — водяные насосы; 27 — заправочные и сливные головки; 28, 30, 34 — вентили; 29 — терморегулятор управления вентилятором; 31, 33, 36, 38, 39 — радиаторы; 35 — трубопровод; 37 — водомасляный теплообменник

153

личины его загруженности. Чем уже диапазон температур частей двигателя в рабочих режимах, тем надежнее его работа. Температура воды в дизелях должна поддерживаться в диапазоне 65–85 °С. Увеличение или понижение температуры по сравнению с нормативной существенно влияет на интенсивность износа трущихся частей механизма двигателя. В процессе поддержания теплового режима двигателя разность температур воды на выходе из дизеля и входе в него должна быть не более 10 °С. Это условие требует интенсивной циркуляции охлаждающих жидкостей (воды, масла), поэтому устанавливают насосы (масляный и водяной) с высокой подачей. Например, на тепловозах 2ТЭ116 3/ч и ТЭП ТЭП70 70 подача водяного насоса 80 3м/ч, а масляного — 110 м (масса масла — 1000 кг). Водяные системы охлаждения подразделяются на открытые и закрытые. Открытые водяные системы охлаждения применяются при среднетемпературном охлаждении (температура воды на выходе из дизеля 85–90 °С). В закрытых или высокотемпературных водяных системах охлаждения допускаемая температура воды равна 120 °С и выше. Также водяные системы подразделяются на одно-, двух- и трехконтурные (рис. 6.21). В одноконтурных водяных системах с воздушно-радиаторным охлаждением горячая вода из дизеля поступает в холодильник, от-

Рис. 6.21. Схемы водяных систем тепловозных дизелей: а — трехконтурная; б — двухконтурная; в — одноконтурная; ВО — воздухоохладитель; Д — дизель; H1, Н2, Н3 — водяной насос; ВМТ — водомасляный теплообменник; ВВР — водовоздушный радиатор

154

куда засасывается насосом и нагнетается в дизель для охлаждения цилиндров. В двухконтурных водяных системах охлаждения есть дополнительный контур циркуляции воды для охлаждения масла и наддувочного воздуха. В трехконтурных системах в одном независимом контуре охлаждается вода дизеля; в другом — вода, охлаждающая масло дизеля; а третьим независимым контуром воды охлаждается наддувочный воздух. Трехконтурные водяные системы охлаждения создают наиболее благоприятные условия работы ДВС, однако при этом значительно усложняют конструкцию дизеля и системы охлаждения, снижая надежность тепловоза. Обычно применяемые водяные системы на тепловозах открытые — они связаны с атмосферой. Температура воды в таких системах не должна превышать 90—95 °С. Закрытые системы не связаны с атмосферой, вода в них находится под избыточным давлением и имеет температуру 100—120 °С (высокотемпературное охлаждение). Высокотемпературное охлаждение ДВС является наиболее эффективным направлением по созданию компактных систем с уменьшением затрат мощности на их функционирование. Закрытая водяная система должна иметь повышенное давление, исключающее кипение и образование паровых пробок. Такие системы применяются на тепловозах ТГ ТГ16, 16, 2ТЭ116 и др. С увеличением секционной мощности тепловозов переход на закрытые водяные системы охлаждения неизбежен, так как они более эффективны при уменьшенных габаритах, что крайне важно для тепловозостроения. Водяные системы содержат насосы для обеспечения циркуляции воды, трубопроводы с арматурой, устройства для охлаждения воды, расширительный бак, приборы контроля и защиты. Тепловоз 2ТЭ10М. На тепловозе применены две самостоятельные водяные системы (два контура), каждая из которых имеет отдельный трубопровод, водяной насос и охлаждающие секции. Одна система (первый контур) служит для охлаждения воды, выходящей из дизеля, подвода горячей воды в топливоподогреватель, к отопительно-вентиляционному агрегату в кабине машиниста, подогрева воды в бачке санузла. Другая система (второй контур) пред155

назначена для охлаждения масла в водомасляном теплообменнике и для охлаждения наддувочного воздуха. В первом контуре вода из коллектора горячей воды, расположенного с правой стороны дизеля, по трубе 15 (рис. 6.22), соединенной с коллектором горячей воды гибким шлангом, поступает к верхнему коллектору секций 2 охлаждающего устройства. Пройдя по трубкам секций и охладившись на 5–6 °С, вода из нижнего коллектора по трубе 27 поступает к водяному насосу 16 и подается в водяную полость двух патрубков выпускных коллекторов 1 цилиндров дизеля. Из патрубков вода направляется в водяные полости А правого и левого коллекторов, а из них в полость Б выпускных коробок 6. Охладив выпускную коробку и нижнюю часть втулки, вода через окна перетекает в верхнюю полость выпускных коллекторов и по патрубкам 5 поступает в полость В водяной рубашки втулки цилиндра 4. Поднимаясь по желобкам между ребер во втулке к полости Г, вода охлаждает ее и поступает по патрубку 2 в коллектор 3 горячей воды. На этом круг циркуляции замыкается. В случае попадания воздуха внутрь системы и образования пара при перегреве воды, чтобы не создавалась при этом «пробка», в системе предусмотрена труба 10, по которой воздух и пар отводятся в водяной расширительный бак 7. Труба 10 расположена выше всех остальных труб. К отопительной системе вода из коллектора горячей воды подводится по трубе 20 с вентилем 64, а отводится во всасывающую магистраль по трубе 19 19.. Из отопительной системы вода может быть слита через кран № 5, а из всей системы через кран № 96. К топливоподогревателю 17 вода подводится по трубе 14 с краном № 68, а из него во всасывающую магистраль отводится по трубе 19 с краном № 63. Труба 12 12,, проходящая через бачок 11 санузла, подогревает в нем воду. Водяной расширительный бак 7, расположенный выше дизеля и соединенный с всасывающими трубами систем, обеспечивает надежное заполнение всей системы водой. Из него пополняются утечки воды в системе. Вода в баке контролируется по указателю уровня воды (водомерному стеклу). Заправка системы водой производится либо через пробку 9 в расширительном баке 7, либо через трубу с соединительной головкой 4 и вентилем № 65. 156

157

Рис. 6.22. Схема водяных систем тепловоза 2ТЭ10М: 1, 32 — соединительные трубы охлаждающих секций второго контура; 2 — секции первого контура; 3, 6, 8, 10 10,, 12 –15, 19, 20, 22, 25, 27, 29, 32 — трубы; 4, 26 — соединительные головки; 5 — вестовая труба; 7 — водяной бак; 9 — пробка; 11 — бачок санузла; 16 — водяной насос; 17 — топливоподогреватель; 18 — вентиль для выпуска воздуха из калориферов; 21 — охладитель наддувочного воздуха; 23 — водяные насосы; 24 — бачок; 28 — теплообменник; 30, 33 — секции второго контура; 31 — терморегулятор (цифры в кружках — номера бирок на кранах и вентилях)

Вода должна удовлетворять техническим условиям, оговоренным заводом-изготовителем. Водяной бак 7 разделен вертикальной перегородкой на две части. Объем части бака для первого контура 230 л, для второго контура — 106 л. В баке имеются отверстия для удаления паровоздушной смеси и вестовая труба 5, через которую также удаляются и излишки воды. Слив воды производится через вентили №№ 65 и 91. Для полного удаления воды из системы отвертывают пробки в корпусах водяных насосов и продувают систему воздухом. Схема внутренней системы охлаждения цилиндров дизеля 10Д100 показана на рис. 6.23. Во втором контуре (холодном) вода подается насосом 23 по трубе, проходящей с левой стороны дизеля 9 (см. рис. 6.22), к воздухоохладителям 21 21,, расположенным по обеим сторонам в задней части дизеля. Пройдя по трубкам воздухоохладителей, вода по двум трубам 22 сливается в одну трубу, подводящую воду к водомасляному теплообменнику 28. Поднявшись по трубкам теплообменника, вода подается к верхним коллекторам радиаторных секций 30 и 33 33.. Протекая по трубкам секции, вода охлаждается и из нижних

Рис. 6.23. Схема внутренней системы охлаждения цилиндров дизеля 10Д100: 1 — выпускной коллектор; 2 — патрубок горячей воды; 3 — коллектор; 4 — втулка цилиндра; 5 — перепускной патрубок; 6 — выпускная коробка; А — полости охлаждения коллекторов; Б — полость выпускных коробок; В, Г — полости водяной рубашки

158

коллекторов по всасывающей трубе поступает к водяному насосу 23 23,, замыкая круг циркуляции. Расширительный бак 7 соединен с всасывающей трубой второго контура трубой 29, что создает необходимый напор во всасывающей линии, гарантирующий от подсасывания воздуха. Бак дает возможность расширения воды при ее нагреве и пополняет все утечки воды. Тепловоз ТЭП ТЭП70. 70. Водяные системы (рис. 6.24) имеют два контура циркуляции воды, аналогичные контурам систем охлаждения дизеля, масла и наддувочного воздуха тепловоза 2ТЭ10В. В первом контуре (горячем) вода циркулирует между дизелем 2 и водовоздушными секциями 8 под действием лопастного насоса 3. Во втором (холодном) контуре насос прокачивает воду через секции 9 и последовательно включенные два водомасляных теплообменника 28 и охладитель наддувочного воздуха 1. Оба контура циркуляции воды имеют общий расширительный бак 15 с выносным «водомерным стеклом» 17 17.. Водяная система закрытая. В ней вода находится под избыточным давлением 0,05– 0,075 МПа. Давление возникает в результате выделения пара из воды и при повышении ее температуры. Закрытая система позволяет работать в режиме высокотемпературного охлаждения, при котором температура воды в системе повышается выше 100 °С. Чтобы в системе не создавалось давление выше установленного, на расширительном баке 15 установлен предохранительный клапан 16 16,, выпускающий часть паровоздушной смеси в атмосферу через трубу 14 при превышении давления 0,075 МПа. В предохранительный клапан 16 встроен обратный клапан, открывающийся при образовании в системе вакуума до 0,004–0,007 МПа. При необходимости дозаправки системы водой в пути следования можно воспользоваться ручным насосом 19. В депо дозаправку системы специально приготовленной водой производят через соединительную головку 6. В горячем контуре вода из коллекторов дизеля по трубе 22 поступает к водовоздушным секциям 8, охлаждается в них и по всасывающей трубе 7 подводится к насосу 3. Насос нагнетает охлажденную воду во внутреннюю систему охлаждения дизеля. Вода из раздаточных магистралей 26, расположенных вдоль блока дизеля с обеих сторон, по патрубкам 1, отходящим от раздаточных 159

160 Рис. 6.24. Схема водяных систем тепловоза ТЭП ТЭП70: 70: 1 — коллектор горячей воды; 2 — водяной насос; 3 — пульт управления; 4 — электротермометры; 5 — вентили; 6 — кран выпуска воздуха из калорифера; 7 — калорифер; 8 — краны; 9, 16 16,, 19 — пробки слива воды; 10 — батарея для обогрева ног машиниста; 11 — сливной трубопровод; 12 — эжектор; 13 — воронка; 14 — слив воды и масла из поддона турбокомпрессора; 15 — слив воды, просочившейся из турбокомпрессора; 17 — слив воды, просочившейся через сальник водяного насоса; 18 — бачок подогрева воды умывальника; 20 — топливоподогреватель; 21 — водяной насос охлаждения наддувочного воздуха; 22 — бачок с воронкой; 23 — соединительная головка; 24 — ручной насос; 25 — бак для воды; 26 — горловина для заливки воды, 27 — водомерное стекло; 28 — контрольная труба; 29 — секции охлаждения воды наддувочного воздуха; 30 — воздухоохладитель; 31 — термореле; 32 — пробка выпуска воздуха; 33 — секции охлаждения воды дизеля (правые)

Рис. 6.25. Схема охлаждения цилиндра и крышки дизеля 2А-5Д49: 1 — водяной патрубок; 2 — раздаточная магистраль; 3 — выпускной коллектор; 4 — труба; 5 — коллектор горячей воды: 6 — крышка цилиндра; а — полость рубашки цилиндра; б — полость выпускных коллекторов; в — полость охлаждения крышек цилиндра

магистралей 2, вводится в зарубашечные полости а цилиндровых втулок в их нижней части, омывает втулки и через трубки 4 поступает в полости в охлаждения крышек цилиндров 6. Из крышек вода перетекает в коллектор 5 горячей воды, поступает в охлаждаемые полости б выпускных коллекторов и далее в охлаждаемые полости турбокомпрессоров, откуда горячая вода по трубе 22 (см. рис. 6.22) подается снова к секциям радиаторов. По трубкам горячая вода подводится к топливоподогревателю 18 и калориферам 12 обеих кабин. Для предотвращения переохлаждения воды и размораживания секций второго контура в холодное время года горячий и холодный контуры могут быть связаны между собой вентилями 10 и 46 46.. Чтобы предупредить переохлаждение масла в холодное время года, на тепловозе имеется возможность отключать часть секций установкой заглушек на трубопроводах. Тепловоз ТЭМ ТЭМ2 2. Водяная система (рис. 6.26) также состоит из двух самостоятельных контуров. Вода первого контура охлаждает втулки и крышки цилиндров, блок, газовую часть турбокомпрессора. К первому контуру подключены топливоподогреватель 20, ка161

162 Рис. 6.26. Схема водяной системы тепловоза ТЭМ ТЭМ2: 2: 1— коллектор горячей воды; 2 — водяной насос; 3 — пульт управления; 4 — электротермометры; 5 — вентили; 6 — кран выпуска воздуха из калорифера; 7 — калорифер; 8 — краны; 9, 16 16,, 19 — пробки слива воды; 10 — батарея для обогрева ног машиниста; 11 — сливной трубопровод; 12 — эжектор; 13 — воронка; 14 — слив воды и масла из поддона турбокомпрессора; 15 — слив воды, просочившейся из турбокомпрессора; 17 — слив воды, просочившейся через сальник водяного насоса; 18 — бачок подогрева воды умывальника; 20 — топливоподогреватель; 21 — водяной насос охлаждения наддувочного воздуха; 22 — бачок с воронкой; 23 — соединительная головка; 24 — ручной насос; 25 — бак для воды; 26 — горловина для заливки воды, 27 — водомерное стекло; 28 — контрольная труба; 29 — секции охлаждения воды наддувочного воздуха; 30 — воздухоохладитель; 31 — термореле; 32 — пробка выпуска воздуха; 33 — секции охлаждения воды дизеля (правые)

лорифер 7, батарея для обогрева ног машиниста 10 10.. Второй контур служит для охлаждения воздуха в воздухоохладителе 30 30.. Горячая вода из дизеля собирается в коллекторе 1, откуда через соединительный рукав по трубе а поступает к секциям радиаторов 33 33.. Охладившись в них, вода попадает в нижние коллекторы секций и по трубе б она вводится в дизель в его торцовой части. Охлажденная вода проходит по каналу, отлитому в блоке дизеля, к водяному насосу 2, который всасывающей полостью подсоединен к фланцу на боковой поверхности блока. Нагнетательный патрубок насоса соединен с трубой, подводящей воду в блок дизеля с его заднего торца. Поступив в блок, вода по колодцу опускается в нижнюю часть блока и подходит к цилиндрам. Омывая цилиндры, вода поднимается вверх, охлаждает их и через отверстия в блоке поступает в охлаждающие полости крышек цилиндров. Из цилиндровых крышек по патрубкам вода перетекает в водяной коллектор 1 дизеля, а из него в радиаторные секции, замыкая круг циркуляции. От трубы а отводится часть горячей воды для подогрева топлива в топливоподогревателе 20 и воды в бачке 18 санузла. В калорифер 7 и батарею 10 для подогрева ног горячая вода поступает через вентиль 5(52), а отводится через вентили 5(58). Эжектор 12 на отводящей трубе отсасывает из калорифера воздух, создавая условия для циркуляции воды. Слив воды из этой системы осуществляют через краны 53 53,, 54 54,, 55 55.. Просочившаяся вода через неплотности турбокомпрессора из сальника водяного насоса сливается по трубкам в воронку 13 и периодически выпускается через кран 57 наружу. Вода, охлажденная в секциях 29 второго контура, засасывается водяным насосом 21 и нагнетается в воздухоохладитель 30 30,, а из него снова в секции 29 29.. Водяные насосы. Насосы обеспечивают необходимую интенсивность циркуляции воды в системе. В основном на тепловозах применяются насосы центробежно-лопастного типа. Принцип действия этих насосов одинаков. Отличаются они размерами и подачей. На тепловозе 2ТЭ10М насос первого контура циркуляции имеет пода3/ч. Подача насосов дизеля 5Д49 — чу 150 м3/ч, а второго — 100 м 80 м3/ч. На тепловозе ТЭМ ТЭМ2 2 подача насоса первого контура цир3 куляции 90 м /ч, а насоса второго контура — 20 3м/ч. Водяной насос дизеля 10Д100 (рис. 6.27) состоит из корпуса 2, станины 8 и всасывающей головки 1 , выполненных из чугу163

Рис. 6.27. Водяной насос (дизель Д100): 1 — всасывающая головка; 2 — корпус; 3 — рабочее колесо; 4 — сальник; 5 — хромированная втулка; 6 — отражательная втулка; 7 — подшипники; 8 — станина; 9 — гнездо; 10 — вал; 11 — распорная втулка; 12 — шестерня

на. Вал 10 насоса, приводимый в действие от нижнего коленчатого вала через зубчатую передачу, вращается в шариковых подшипниках 7. Между подшипниками установлена распорная втулка 11 11.. Рабочее колесо 3 из бронзы с загнутыми назад лопатками закреплено на хвостовике вала гайкой левой резьбой. Водяная полость отделена от подшипниковой части сальником 4, состоящим из колец, изготовленных из графитизированного промасляного шнура и поджимаемых периодически нажимной втулкой. Для защиты вала от изнашивания под сальником на его шейку напрессована стальная хромированная втулка 5. От попадания масла из станины 8 насос защищают отражательная втулка и уплотнительное разрезное кольцо. Просочившиеся воду и масло удаляют через штуцер в дренажную трубку. Водяной насос дизеля ПД ПД1М 1М (рис. 6.28) выполнен разъемным и состоит из корпуса 1 и станины 79 79,, соединенных между собой болтами. К корпусу прикреплен всасывающий патрубок 5. 164

165

Рис. 6.28. Водяной насос дизеля ПД ПД1М: 1М: 1 — корпус насоса; 2 — крыльчатка; 3 — шпонка; 4 — гайка-обтекатель; 5 — всасывающий патрубок; 6 — болт крепления патрубка; 7 — глухая гайка; 8 — прокладка; 9 — набивной сальник; 10 — фланец; 11 — шарикоподшипник; 12 — шпонка; 13 — гайка; 14 — шплинт; 15 — шарикоподшипник; 16 — приводная шестерня; 17 — болт; 18 — стопорная пластина; 19 — станина насоса; 20 — распорная труба; 21 — вал насоса; 22 — прокладка; 23 — нажимная гайка и контргайка; 24 — нажимная сальниковая втулка; 25 — сальниковая набивка; а — лабиринтное уплотнение

В подшипниках 11 вращается вал 27, на котором установлены на призматических шпонках и закреплены гайками крыльчатка 2 и шестерня 16 16.. Насос прикреплен к дизелю четырьмя фланцами: боковым — через всасывающий патрубок, верхним — через нагнетательный патрубок, нижним — к блоку цилиндров и фланцем на станине — к корпусу привода шестерен. Водяная полость уплотнена набивным сальником и сменной втулкой. Сальник поджимается двумя гайками через нажимную сальниковую втулку 24 24.. Лабиринтное уплотнение а предотвращает попадание воды в масляную полость. В эксплуатации допускается просачивание через сальник воды от 10 до 60 капель в минуту, которая отбрасывается буртом вала и сливается через штуцер. Практически в эксплуатации при сильной затяжке сальника имеет место большой износ вала, а при слабой затяжке — подсос воздуха, что пагубно отражается на работе насоса и вызывает нежелательные явления в дизеле, как-то: выброс воды из расширительного бачка, образование воздушных мешков и др. Водяная система тепловоза ТЭМ ТЭМ18ДМ 18ДМ (рис. 6.29) 6.29).. Система двухконтурная, первый контур используется для охлаждения дизеля турбокомпрессора. Второй контур служит для охлаждения наддувочного воздуха и масла масляной системы. Первый контур. Вода из охлаждающих секций засасывается водяным насосом, откуда нагнетается в блок. Охладив дизель, вода возвращается в радиаторные секции. В холодное время года часть воды от дизеля подается в калорифер, обогрев бачка санузла и топливоподогреватель. Второй контур. Вода из охлаждающих секций засасывается собственным насосом и нагнетается в охладитель наддувочного воздуха, откуда через водомасляный теплообменник возвращается в охлаждающие секции. Системой предусмотрен межконтурный перепуск воды за счет применения терморегулятора, установленного в шахте холодильника. Водяные насосы дизеля ПД ПД4Д. 4Д. На дизеле установлены два водяных насоса, предназначенные для принудительного перемещения охлаждающей жидкости в системе охлаждения дизеля, смазочного 3/чм масла и наддувочного воздуха. Производительностью 50 и 25 соответственно. По конструкции оба насоса отличаются только диаметром рабочего колеса, поэтому предлагается один рисунок. 166

167

Рис. 6.29. Водяная система тепловоза ТЭМ ТЭМ18ДМ: 18ДМ: 1 — бак расширительный; 2 — реле уровня; 3 — водомерное стекло; 4 — насос холодного контура; 5 — воздухоочиститель; 6 — секция охлаждения воды наддувочного контура; 7 — терморегулятор; 8 — насос горячего контура; 9 — водомасляный теплообменник; 10 — коллектор горячей воды; 11 — турбокомпрессор; 12 — батарея обогревателя ног; — 13 — калорифер; 14 — топливоподогреватель; 15 — электротермометр; 16 — секция охлаждения воды дизеля; 17 — дизель; 18 — рукав резинотканевый; 19 — ручной насос; 20 — бак умывальника с подогревом воды; 21 — пробка; 22—24 — соединительная головка; 25 — поплавок; 26 — сильфон; 27 — рычаг; 28 — фланец; 29 — микропереключатель; 30 — крышка

Рис. 6.30. Насос водяной: 1 — вал; 2 — болт; 3 — пластина замочная; 4 — колесо рабочее; 5 — головка всасывающая; 6 — пробка; 7 — корпус; 8 — болт; 9 — упорный фланец; 11 — фланцы; 10, 21 — кольца; 12 — втулка — отражатель; 13 — отражатель; 14 — станина; 15, 16 — шарикоподшипники; 17, 19 — кольца уплотнительные; 18 18,, 20 — кольца резиновые, 22 — пружина

Водяной насос (рис. 6.30) состоит из рабочего колеса 4, размещенного в корпусе 7, который крепится к станине 14 при помощи шпилек. Вал 1 установлен на шарикоподшипниках 15, 16 16,, которые установлены в станине 14 14.. Смазка подшипников принудительная, от дизеля, через отверстия в шлицевом валике и пазу втулки. Фиксация колеса от поворота на валу осуществляется конусным сопряжением с помощью болта 2 и замочной пластины 3. Водяная полость уплотняется торцевым уплотнением, состоящим из селенированных колец пары трения 17 и 19 19,, вклеенных в обоймы из пресс-материала, уплотнительных резиновых колец 18 18,, 20, поджимной пружины 22, кольца 21 и упорного фланца 9. Уплотнение вала по маслу динамическое, состоящее из отражателя 13 и втулки 12 отражателя с маслосгонной резьбой и фланца 11 11..

168

Глава 7. СИСТЕМЫ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ И ВЫПУ ВЫПУСКА СКА ОТР ТРАБО АБОТ ТАННЫХ ГАЗО ЗОВ В 7.1. Общие положения Система воздухоснабжения предназначена для подачи в цилиндры дизеля достаточного количества чистого воздуха, необходимого для сжигания впрыснутого топлива, а также для их продувки. На современных тепловозах применяются только дизели с наддувом. Это значит, что в цилиндры подается воздух, предварительно сжатый компрессором. Воздушный заряд цилиндров соответственно возрастает, что дает возможность подать и сжечь в цилиндрах значительно большее количество топлива и получить в результате большую мощность при тех же размерах двигателя. Совокупность устройств, обеспечивающих подачу в цилиндры двигателя требуемого количества воздуха с заданными давлением и температурой, называется системой воздухоснабжения. Дизель 10Д100 . На дизеле 10Д100 применено двухступенчатое сжатие наддувочного воздуха, обычно используемое в двухтактных дизелях. Это вызвано тем, что турбокомпрессоры при пуске дизеля и на холостом ходу практически не работают вследствие недостаточной энергии выпускных газов из-за низкой их температуры. Следовательно, количество воздуха и его давление, создаваемые турбокомпрессорами, не обеспечивают нормальную работу дизеля. В эти периоды воздух в цилиндры поступает от нагнетателя второй ступени, который приводится в действие механическим способом, и подача его от энергии газов не зависит. Как видно из схемы (рис. 7.1), воздух через жалюзи 9 из окружающей среды или из машинного помещения поступает в воздушные фильтры-воздухоочистители 7, расположенные с правой и левой стороны тепловоза, и далее к всасывающим патрубкам турбокомпрессоров, которые являются первой ступенью сжатия воздуха. Из нагнетателей 6 правого и левого турбокомпрессоров сжатый воздух подается по расположенным с обеих сторон в верхней части дизеля воздушным трубопроводам к агрегату второй ступени наддува — центробежно169

Рис. 7.1. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля 10Д100 (тепловоз 2ТЭ10В): 1 — дизель; 2 — редуктор повышающий; 3 — нагнетатель второй ступени проводной центробежный; 4 — охладитель наддувочного воздуха; 5 — газовые турбины; 6 — нагнетатели первой ступени; 7 — воздухоочиститель: 8 — дверки для забора воздуха из кузова; 9 — жалюзи для забора воздуха из атмосферы; 10 — стенка кузова

му нагнетателю 3, который приводится во вращение через редуктор от верхнего коленчатого вала дизеля. После дополнительного сжатия в нагнетателе второй ступени воздух подается в охладители 4, установленные по обеим сторонам двигателя, и далее в наддувочные коллекторы (ресиверы), откуда через впускные окна во втулках поступает в цилиндры дизеля. Подача воздуха в цилиндры регулируется как бы автоматически: чем больше нагрузка дизеля, тем больше подается топлива в цилиндры, тем больше тепловой энергии в выпускных газах и выше частота вращения ротора турбокомпрессора, а следовательно, выше давление наддувочного воздуха и больше воздуха подается в цилиндры. Главными агрегатами системы воздухоснабжения дизеля 10Д100 являются турбокомпрессоры, приводной нагнетатель с редуктором и воздухоохладители. 170

Дизель ПД ПД1М 1М четырехтактный, и поэтому энергии отработавших газов на всех режимах работы достаточно для привода турбокомпрессора, т. е. для подачи в цилиндры необходимого количества воздуха требуемого давления (рис. 7.2). Воздух из окружающей среды через жалюзи 1 (или из кузова через открытые дверки) поступает в воздухоочиститель непрерывного действия, расположенный с правой стороны тепловоза, а оттуда через гибкий рукав к всасывающей полости центробежного нагнетателя турбокомпрессора. Сжатый в нагнетателе воздух направляется в воздухоохладитель, где его температура понижается. Далее

Рис. 7.2. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля ПД ПД1М 1М (тепловоз ТЭМ ТЭМ2): 2): 1 — жалюзи для забора воздуха из атмосферы; 2 — стенка кузова; 3 — воздухоочиститель непрерывного действия; 4 — нагнетатель; 5 — воздухоохладитель; 6 — коллектор наддувочный; 7 — турбина газовая; 8, 10 — клапаны выпускной и впускной; 9 — форсунка; 11 — цилиндр дизеля; 12 — поршень; 13 — шатун; 14 — коленчатый вал; 15 — трубопровод выпускной; 16 — рукав гибкий; 17 — дверки забора воздуха из-под капота

171

сжатый воздух по впускному (наддувочному) коллектору и впускным патрубкам поступает к впускным клапанам, расположенным в цилиндровых крышках. В период наполнения, когда впускные клапаны 10 открыты, воздух проходит в цилиндры и заполняет пространство, освобождаемое движущимся вниз поршнем. Отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускные клапаны и по выпускному трубопроводу направляются к газовой турбине 7 турбокомпрессора; здесь тепловая энергия отработавших газов преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбокомпрессора. Дизель 2А-5Д49. На боковых стенках с обеих сторон кузова (рис. 7.3) в средней части его расположены двухступенчатые воздухоочистители 4, предназначенные для фильтрации воздуха, поступающего в дизель. Воздух засасывается из окружающей среды через

Рис. 7.3. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля 2А-5Д49 (тепловоз ТЭП ТЭП70): 70): 1 — жалюзи на кузове; 2 — кассета подвижная; 3 — стенка кузова; 4 — воздухоочиститель; 5 — жалюзи внутренние; 6 — кассета неподвижная; 7 — турбокомпрессор: 8 — охладитель наддувочного воздуха; 9 — воздушный ресивер; 10 — выпускной патрубок; 11 — дизель; 12 — клапан

172

регулируемые жалюзи 1 или из машинного помещения через жалюзи 5. Пройдя фильтры, воздух поступает в нагнетатель Н турбокомпрессора 7. Дизель 2А-5Д49, как и другие тепловозные дизели, снабжен системой газотурбинного наддува с одноступенчатым сжатием воздуха и последующим его охлаждением в трубчатом воздухоохладителе 8. После охлаждения воздух поступает в ресивер 9 блока, проходящий в развале цилиндровых рядов вдоль всего дизеля, а оттуда через впускные клапаны в период наполнения проходит в полости цилиндров. Нагнетатель турбокомпрессора приводится во вращение от газовой турбины Т. Нагнетатель и газовая турбина смонтированы в одном корпусе и представляют единый агрегат — турбокомпрессор. Отработавшие газы из цилиндров дизеля через открытые в период выпуска клапаны 12 поступают в выпускные патрубки 10, расположенные с наружной стороны дизеля, и далее в газовую турбину, где энергия газов используется для приведения во вращение ротора турбокомпрессора. Из турбины отработавшие газы по выпускному патрубку направляются в глушитель и далее в атмосферу.

7.2. Оборудование систем воздухоснабже воздухоснабжения ния дизелей Турбокомпрессор . Агрегат, объединяющий осевую одноступенчатую реактивную газовую турбину и центробежный одноступенчатый компрессор (нагнетатель), называется турбокомпрессором. Производство турбокомпрессоров в нашей стране организовано на специализированных предприятиях. На тепловозных дизелях устанавливаются турбокомпрессоры унифицированного ряда ТК с осевой газовой турбиной и центробежным нагнетателем, имеющие высокий к.п.д. и обеспечивающие высокую надежность. Внутри каждого типа компрессоров может существовать несколько модификаций, различающихся главным образом конструкцией корпусов, монтажных фланцев и рабочими характеристиками в зависимости от расположения цилиндров дизеля, а также его параметров. На тепловозные дизели устанавливают четыре типоразмера турбокомпрессоров: ТКТК-23, 23, ТКТК-30, 30, ТКТК-34, 34, ТКТК-38. 38. Буквы ТК означают турбокомпрессор, а цифры 23, 30 и т. д. — диаметр колеса компрессора в сантиметрах. В зависимости от степени повышения давления турбокомпрессо3 – l,l,9 9 (Н); средры делятся на три группы: низкого давления кϖ= l,l,3 173

него давления ϖк = 2 – 2,5 (С); высокого давления ϖк = 2,5 – 3,5 (В). Принципиальная схема осевой (аксиальной) газовой турбины представлена на рис. 7.4. Принцип действия турбокомпрессоров одного унифицированного ряда одинаков. Газовая турбина является лопаточным тепловым двигателем, который преобразует тепловую энергию газового потока в механическую работу. Элементами, преобразующими энергию газа в турбине, является сопловой аппарат и рабочее колесо с лопатками по окружности. Газовый тракт — сопловой аппарат, зазор, межлопаточные каналы — называется проточной частью турбины. Газ из выпускного коллектора дизеля поступает в сопловой аппарат 4 (см. рис. 7.4). Здесь скорость газа значительно возрастает, так как тепловая (потенциальная) энергия газа в сопловом аппарате превращается в кинетическую. Из сопел газ поступает на лопатки 3, проходит между ними по криволинейным каналам, созда-

Рис. 7.4. Схема устройства и работы осевой газовой турбины: 1 — вал: 2 — диск колеса; 3 — лопатки рабочие; 4 — сопловой аппарат; 5 — корпус турбины

174

вая вращающий момент на валу. В зависимости от характера протекания газового потока по межлопаточным каналам турбины делятся на активные и реактивные. В активных турбинах на рабочих лопатках не происходит изменения состояния газа — давление и температура остаются постоянными, относительная скорость газа в межлопаточных каналах почти не меняется. Основные технические параметры турбокомпрессоров приведены в табл. 7.1. Та б ли Таб лица ца 7. 7.1 1 Основные техни ческ ие параме тры ту турбокомпр рбокомпр ессоров Основные параметры Диаметр колес компрессора и турбины, мм Степень повышения давления

Типы турбокомпрессоров TK-23 TK23 230

ТК-30 ТК30

TK-34 TK34

300

TK-38 TK38

340

380

1,3–2.5 1,3–2.5 1,3–2.5 1,3–2,5

Температура газов перед турбиной при длительной работе, °С Максимальная температура газов перед турбиной, °С К. п. д. компрессора

600

600

600

600

650

650

650

650

0,78

0,78

0,80

0,80

К. п. д. турбины

0,76

0,76

0,77

0,78

длина

780

900

1000

1150

ширина и высота

580

700

800

900 20 000

Габаритные размеры, мм

Расчетный моторесурс, ч

15 000

20 000

20 000

Масса, кг

180

350

510

Установлен на дизеле

6Д70

700

ПД1М ПД 1М 10Д100 Д70 11Д45 Д49

Корпус компрессора 1 (см. рис. 7.5), выпускной корпус 10, через который отработавшие газы выбрасываются в атмосферу, и газоприемный корпус 13 отлиты из алюминиевого сплава и скреплены между собой шпильками. Внутри корпусов на подшипниках скольжения 14 и 22 уложен полый стальной сварной ротор 7. К ротору приварено рабочее колесо 9 газовой турбины. Рабочее колесо 2 компрессора напрессовано на ротор и закреплено штифтами. Лопатки и диск колеса турбины изготовлены из специальной жароупорной стали и соединены при помощи «елочных» замков или сварки. Колесо компрессора изготовлено из алюминиевого сплава. Между улиткой и колесом 2 установлен диффузор 4 в виде диска 175

176 22

2120

19

56 Газ

7

18

K1

8 9 10

17

11 12 13

16

15 Вход масла

Выход масла

14

Рис. 7.5. Продольный разрез турбокомпрессора типа ТК: 1 — корпус компрессора; 2 — рабочее колесо компрессора; 3 — вставка; 4 — диффузор; 5 — лабиринтное уплотнение; 6 — кожух теплоизоляционный; 7 — ротор; 8 — кожух соплового аппарата; 9 — рабочее колесо турбины; 10 — корпус выпускной; 11 — проушина; 12 — сопловой аппарат; 13 — корпус газоприемный; 14 — подшипник со стороны турбины (опорный); 15 — крышка подшипника; 16 — штуцер; 17 — дроссель; 18 — экран; 19 — кожух ротора; 20 — кронштейн; 21 — лабиринт; 22 — подшипник со стороны компрессора (опорно-упорный); 23 — лабиринтные уплотнения

Выход масла

Вход масла

Воздух K 23

1 2 34

с лопатками. Диффузор повышает давление воздуха и уменьшает гидравлические потери в воздушном потоке. На тыльной стороне колеса компрессора сделаны кольцевые выступы, которые с малым зазором сопрягаются на неподвижном диске-лабиринте 21 21,, образуя лабиринтное уплотнение. Со стороны компрессора расположен опорно-упорный подшипник 22 ротора, который воспринимает усилия, направленные от рабочего колеса турбины к компрессору. Подшипник со стороны турбины — опорный. Лабиринтное уплотнение 23 со стороны компрессора препятствует уносу масла воздухом из полости подшипников в компрессор. Это уплотнение состоит из двух упругих колец, установленных в ручьи шейки вала и лабиринта. В пространство между ними по каналу К подается сжатый воздух из нагнетательной полости компрессора; это устраняет разрежение, передаваемое по зазору вдоль вала из всасывающей полости компрессора, что способствует надежному разобщению полостей опорно-упорного подшипника и компрессора. Аналогичное уплотнение, установленное на другом конце вала ротора, не допускает проникновения горячих газов в полость опорного подшипника, а также просачивания масла из подшипника к нагретым частям вала. Уплотнение состоит из двух колец и двух лабиринтов, между которыми по каналу К подается сжатый воздух из нагнетательной полости компрессора. Лабиринтное уплотнение 5 препятствует утечке сжатого воздуха. Выпускной газовый корпус 10 и газоприемный корпус 13 охлаждаются водой, которая подводится из системы охлаждения дизеля. Для уменьшения теплового воздействия отработавших газов на вал ротора и компрессорную часть агрегата в выпускном корпусе установлен теплоизоляционный кожух 6 с экраном 18. К газоприемному корпусу крепится кожух 8 соплового аппарата. Сопловой аппарат и колесо турбины с лопатками являются основными элементами газовой турбины. Экранированный кожух 6 и кожух 8 образуют кольцевой канал для выхода газов из турбины с наименьшим сопротивлением. Работа турбокомпрессора происходит следующим образом. Отработавшие газы из дизеля поступают в газоприемный корпус 13 13,, а оттуда на лопатки соплового аппарата 12 и далее на лопатки рабочего колеса турбины. В сопловом аппарате скорость газа значительно возрастает, в результате чего струя газа давит на лопатки ко177

леса турбины, заставляя его вращаться. Отработавшие газы через выпускной патрубок удаляются в атмосферу. При вращении ротора 7 вращается и рабочее колесо 2 компрессора, которое засасывает воздух через каналы, отмеченные стрелками на рисунке, сжимает его и вытесняет через диффузор 4 в улитку компрессора, откуда воздух поступает в охладитель, а затем в наддувочный коллектор и далее в цилиндры дизеля. Подшипники вала ротора смазываются маслом, которое поступает из масляной системы дизеля. При работе дизеля на номинальной мощности ротор турбокомпрессора вращается с частотой 18 000—20 000 об/мин, поэтому он требует после изготовления точной динамической балансировки. Ротор имеет по концам цапфы, которыми он опирается на подшипники. Поверхность цапф закалена токами высокой частоты. На дизеле 2А-5Д49 тепловоза ТЭП ТЭП70 70 установлен турбокомпрессор типа 6ТК (рис. 7.6). Он расположен на кронштейне с пе56

7

8

9 10

4 3

11 В

2 1

Б

12 13 16 15

A 14

Рис. 7.6. Продольный разрез турбокомпрессора дизеля 2А-5Д49: 1 — колесо компрессора; 2 — опорно-упорный подшипник; 3 — проставок; 4 — входной патрубок; 5 — корпус компрессора; 6 — лопаточный диффузор; 7 — корпус средний; 8 — улитка газовая; 9 — корпус турбины; 10 — патрубок выпускной; 11 — колесо турбины; 12 — сопловой аппарат; 13 — обод; 14 — опорный подшипник; 15 15,, 16 — трубы

178

реднего торца дизеля, как и турбокомпрессоры дизелей 10Д100 и ПД1М, ПД 1М, и состоит из одноступенчатой осевой турбины, работающей за счет тепловой энергии выпускных газов дизеля, и одноступенчатого центробежного нагнетателя. Характерная особенность этого турбокомпрессора — консольное расположение колеса 1 нагнетателя и колеса 11 турбины. Опорно-упорный 2 и опорный 14 подшипники ротора расположены между рабочими колесами 1 и 11 11.. Остов турбокомпрессора состоит из корпуса компрессора 5, среднего корпуса 7 и корпуса турбины 9. Правильное соосное расположение корпусов при сборке обеспечивается центрирующими буртами; корпуса соединены между собой болтами. Средний корпус служит для размещения в нем подшипников и деталей системы уплотнений, он образован верхней и нижней половинами, которые стыкуются по горизонтальной диаметральной плоскости и скрепляются друг с другом болтами. К корпусу компрессора присоединен двухзаходный патрубок 4, по которому воздух всасывается в компрессор; патрубок соединен с воздухоочистителями, установленными на боковых стенках кузова тепловоза. В патрубок 4 вмонтирована труба 16 16,, по которой газы отсасываются из картера дизеля. Корпус компрессора 5 и проставок 3 образуют так называемую воздушную улитку, по которой сжатый воздух поступает через трубу 15 в охладитель наддувочного воздуха и далее во впускной ресивер дизеля. Масло для смазывания трущихся поверхностей подшипников 2 и 14 поступает из масляной системы двигателя по каналам в корпусе 7. Каждый подшипник состоит из двух половин, изготовленных из бронзы ОЦСОЦС-4-4-17. 4-4-17. На турбокомпрессорах выпуска с 1977 г. ставят подшипники с эллиптической расточкой рабочей поверхности. На опорную и упорную поверхности подшипников наносят слой приработочного покрытия. Благодаря эксцентричности расточки подшипников при вращении ротора создаются два масляных клина, способствующих сохранению центрального положения шипа в подшипнике. К корпусу турбины 9 прикреплены болтами обод 13 и выпускной патрубок 10. Сопловой аппарат и турбинное колесо расположены внутри обода, образуя проточную часть газовой турбины. Сопловой аппарат отлит из жаропрочной стали и состоит из двух половин. Газовая двухпоточная улитка 8 присоединена болтами к среднему корпусу; к ней поступают отработавшие газы из выпуск179

ных коллекторов дизеля через жаровые трубы, вмонтированные в отверстия корпуса. Газовая улитка и жаровые трубы предохраняют алюминиевый корпус от соприкосновения с горячими газами. В полостях Б среднего корпуса и В корпуса турбины циркулирует вода, которая подводится из системы охлаждения дизеля; это позволяет уменьшить тепловые деформации корпуса. Выпускной патрубок 15 отлит из стали и покрыт теплоизоляционным асбестовым слоем и стеклотканью. Вал ротора откован из легированной стали; он имеет две опорные шейки. Колесо 1 компрессора изготовлено из дюралюминия, насажено на шлицы вала и закреплено гайкой. Колесо 11 турбины выполнено из жаропрочной аустенитной стали, посажено на вал с натягом и зафиксировано штифтами. Рабочие лопатки газового колеса изготовлены из жаропрочного сплава и укреплены на диске турбинного колеса при помощи «елочных» замков. Для предотвращения утечек воздуха и проникновения газов в масляную полость подшипников при повышенных нагрузках или масла в воздушную и газовую полости при малых нагрузках служат лабиринтные и упругие кольца. Лабиринтные уплотнения расположены на торцовой части колеса компрессора и внутренней стороне диска турбинного колеса. Таб Та б ли лица ца 7.2 Основные парамет ры комп рессоров Основные параметры КПД турбины Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Расчетный моторесурс, ч Масса, кг Установлен на дизеле

ТК-23 ТК-23 0,76 780 580 580 15000 180 14Д40

Типы турбокомпрессоров ТК-30 ТК30 ТК-34 ТК34 ТК-38 ТК38 0,76 0,77 0,77 900 1000 700 800 700 800 20000 20000 350 510 ПД1М ПД 1М 1 0Д100, 11Д45

1150 900 900 20000 700 Д49, Д70

Нагнетатели второй ступени системы воздухоснабжения (рис. 7.7) бывают центробежные (дизели 10Д100, 11Д45) и объемные (дизель 14Д40). Нагнетатель второй ступени служит для подачи воздуха в цилиндры при пуске дизеля, когда турбокомпрессоры еще не работают, а также для дополнительного сжатия наддувочного воздуха после тур180

Рис. 7.7. Нагнетатель: 1 — вал ведомый с зубчатым колесом; 2 — корпус редуктора; 3, 11 — кольца уплотнительные; 4 — диффузор; 5 — колесо компрессора; 6 — корпус компрессора; 7 — патрубок; 8 — опорный подшипник; 9 — крышка; 10 — скоба подъемная; 12 — фланец; 13 — отбойник; 14 — шестерня; 15 — полый вал; 16 — шестерня с пружинными элементами; 17 — торсионный вал; 18 — промежуточный вал с шестерней; 19 — пята; 20 — опорно-упорный подшипник; 21 — болт

181

бокомпрессоров первой ступени (дизели 10Д100, 11Д45) при работе под нагрузкой. Принципиальное устройство центробежного нагнетателя аналогично конструкции компрессора турбокомпрессора. Объемный нагнетатель (как и центробежный) приводится от коленчатого вала дизеля через редуктор. Он состоит из следующих основных частей: корпуса, двух трехлопастных роторов, эластичной муфты, зубчатых колес, торсионного вала (связи), передней и задней крышек (см. рис. 7.7). Сверху на корпусе нагнетателя имеется фланец для установки переходного патрубка к турбокомпрессорам. С каждой стороны корпуса имеются каналы для прохода воздуха в ресивер дизеля. В нижней части корпуса имеется окно для осмотра роторов, закрытое крышкой. Нагнетатель второй ступени системы воздухоснабжения дизеля 10Д100 . Центробежный нагнетатель второй ступени дизеля 10Д100 выполнен вместе с редуктором привода как единый агрегат (рис. 7.8). Он служит для подачи воздуха в цилиндры при пуске дизеля, когда турбокомпрессоры еще не работают, а также для дополнительного сжатия наддувочного воздуха после турбокомпрессоров первой ступени при работе дизеля под нагрузкой. Центробежный нагнетатель приводится во вращение от верхнего коленчатого вала дизеля. Редуктор, смонтированный в алюминиевом корпусе 10 10,, — двухступенчатый, повышающий, состоит из двух пар цилиндрических шестерен с общим передаточным отношением 10, следовательно, при работе дизеля на номинальном режиме воздушное колесо нагнетателя вращается с частотой 8500 об/мин. Весь агрегат (редуктор с нагнетателем) крепится болтами к торцу блока дизеля над тяговым генератором. Корпуса редуктора и нагнетателя соединены шпильками 21. На тыльной стороне рабочего колеса нагнетателя выполнено лабиринтное уплотнение 20, препятствующее пропуску сжатого воздуха из нагнетательной полости компрессора в корпус редуктора и попаданию масла из редуктора в нагнетатель. Вращающий момент от верхнего вала дизеля передается через торсионный вал 1, полую втулку 5, шестерню с упругой муфтой 3, промежуточную шестерню 30, шестерню 29 с центробежной муфтой на вал 24 рабочего колеса нагнетателя. Стальной торсионный вал 1 левым шлицевым концом входит в шлицы фланца, соединенного с концом коленчатого вала. Другим (правым) шлицевым кольцом он входит во внутренние шлицы полой 182

Рис. 7.8. Центробежный нагнетатель второй ступени с редуктором дизеля 10Д100: 1 — торсионный вал; 2, 23 23,, 31 — роликовые подшипники; 3 — шестерня с упругой муфтой; 4, 7, 13 — крышки; 5 втулка полая; 6 — шариковый подшипник; 8 — втулка с маслосбрасывающей резьбой; 9, 28 — гайки; 10 — корпус редуктора; 11 — корпус нагнетателя; 12 — патрубок подводящий; 14 — направляющий аппарат вращающийся; 15 — кольцо уплотнительное; 16 16,, 21 — шпильки; 17 — крышка корпуса нагнетателя: 18 — колесо нагнетателя рабочее; 19 — диффузор; 20 — лабиринтное уплотнение; 22 — опорный подшипник; 24 — вал рабочего колеса нагнетателя; 25 — опорно-упорный подшипник; 26 — болт; 27 — пята; 29 — шестерня с центробежной муфтой; 30 — шестерня промежуточная с валом; 32 — трубопровод масла

втулки 5. В средней части втулки 5 имеется фланец, к которому крепится болтами венец упругой шестерни 3. Полая втулка с левой стороны опирается на роликовый подшипник 2, а с правой — на шариковый 6. Вал промежуточной шестерни 30 уложен на роли183

ковые сферические подшипники 23 и 31, а вал 24 рабочего колеса нагнетателя опирается на упорно-опорный бронзовый с баббитовой заливкой подшипник 25 и опорный подшипник 22. Воздушное колесо нагнетателя изготовлено из алюминиевого сплава. Оно посажено консольно на шлицевой хвостовик вала 24 и закреплено гайкой. Вал рабочего колеса выполнен как одно целое с цилиндрической шестерней. Улиточная часть корпуса нагнетателя соединена с охладителем наддувочного воздуха. При работе дизеля воздух от турбокомпрессоров по воздушным трубопроводам, расположенным в верхней части дизеля по обеим его сторонам, поступает через двухзаходный патрубок 12 во вращающийся направляющий аппарат 14 и далее на лопатки рабочего колеса 18 18,, в диффузор 19 19,, периферийную часть корпуса нагнетателя (двухспиральную улитку), а затем в охладитель наддувочного воздуха. Масло для смазывания шестерен и всех трущихся деталей редуктора и нагнетателя подается из верхнего масляного коллектора дизеля по трубопроводу 32 и далее по подсоединенным к нему разводящим трубкам к подшипникам и шестерням. Воздухоохладитель . Для увеличения воздушного заряда цилиндров и, следовательно, повышения мощности дизеля воздух, нагревшийся в процессе сжатия его в агрегатах наддува, необходимо охладить. При этом возрастает плотность воздуха и, следовательно, количество поступившего в цилиндры воздуха увеличивается. Это позволяет при том же коэффициенте избытка воздуха ввести в цилиндр через форсунку большее количество топлива и таким образом получить большую мощность при тех же практически массовых и габаритных размерах двигателя. На дизеле 10Д100 для охлаждения наддувочного воздуха после нагнетателей перед поступлением его в наддувочные ресиверы установлены воздухоохладители. Одни укреплены на торце блока по обе стороны от редуктора центробежного нагнетателя. По конструкции воздухоохладитель представляет собой радиатор (рис. 7.9). В сварном корпусе 2 в шахматном порядке расположены охлаждающие трубки 7, которые концами заделаны в нижней 10 и верхней 5 трубных досках. Доски притянуты к корпусу шпильками с упорными буртами, одновременно служащими для крепления крышек 3 и 8. Внутри стальных сварных крышек имеются ребра жесткости и перегородки с уплотнительными резиновыми прокладками, 184

Рис. 7.9. Воздухоохладитель дизеля 10Д100: 1 — фланец привалочный; 2 — корпус; 3 — крышка верхняя; 4 — патрубок отвода охлаждающей воды; 5 — верхняя трубная доска; 6 — охлаждающая проволочная спираль; 7 — трубка охлаждающая; 8 — рым-болт; 9 — фланец; 10 — нижняя трубная доска; 11 — крышка нижняя; 12 — патрубок подвода охлаждающей воды

которые обеспечивают трехходовую циркуляцию воды. Вода циркулирует по трубкам, воздух омывает трубки снаружи. Для увеличения охлаждающей поверхности к трубкам 7 припаяна проволочная спираль (оребрение) 6. Вода из системы подводится к патрубку 12 нижней крышки, совершает три хода (вверх, вниз и снова вверх) по медным трубкам воздухоохладителя и далее через патрубок 4 в верхней крышке направляется к радиаторам тепловоза. Горячий воздух, имеющий после центробежного нагнетателя при номинальной мощности температуру порядка 120—130 °С, поступает в воздухоохладитель через отверстие во фланце 9, обтекает снаружи оребренную поверхность трубок, отдает тепло протекающей по трубкам воде и охлажденный до 60—70 °С направляется через ок185

на в торце блока, к которому крепятся воздухоохладители, в воздушные ресиверы дизеля и далее в цилиндры. Воздухоохладители других тепловозных дизелей имеют аналогичный принцип работы и различаются лишь конструктивным исполнением. Все они представляют собой водовоздушные теплообменники трубчатого типа с оребрением. Маслоотделитель . Во время работы дизеля необходимо удалять из внутренней полости блока взрывоопасную смесь паров масла и газов с воздухом. Это осуществляется отсосом смеси паров во всасывающие полости турбокомпрессоров, что обеспечивает непрерывную вентиляцию внутренней полости дизеля. Система отсоса (вентиляции) дизеля 10Д100 состоит из двух маслоотделителей, установленных на крышке дизеля, двух труб, соединяющих маслоотделители со всасывающими полостями турбокомпрессоров, и двух гидравлических затворов. Маслоотделители служат для очистки отсасываемых из блока паров от частиц масла, с тем чтобы оно не уносилось из картера дизеля в цилиндры. Отсасываемые газы проходят через маслоотделители, в которых улавливаются частицы масла, и очищенные по трубам проходят во всасывающие полости турбокомпрессоров. В корпусе 7 маслоотделителя (рис. 7.10), закрытого крышкой 11, расположены четыре конуса (верхний 6, средний 5, нижний 4 и сборный 3) и две фильтрующие кассеты с проволочной набивкой — верхняя 10 и нижняя 8. Конусы соединены между собой ребрами и образуют щели. Отсасываемые из полости блока пары поступают в маслоотделитель (см. стрелки на рис. 7.10) и проходят в щели между конусами. В основе работы маслоотделителя лежит принцип резкого изменения направления движения отсасываемого потока. Проходя щели между конусами, поток два раза круто меняет свое направление, вследствие чего капельки масла выпадают из потока и оседают на стенках конусов, откуда стекают по сливным трубкам в нижнюю сборную полость маслоотделителя, а затем через гидравлический затвор в картер дизеля. Частично очищенный поток далее проходит через фильтрующие кассеты 8 и 10 10,, где отделяются более мелкие частицы масла. В каждой из этих кассет между верхней и нижней сетками уложена тонкая проволока (канитель) диаметром 0,25 мм. Воздухоочиститель. Воздух, поступающий в цилиндры тепловозного дизеля, необходимо очистить от пыли и влаги. Для этого на 186

Рис. 7.10. Маслоотделитель: 1 — конус, 2, 24 24,, 29 29,, 30 — трубки слива; 3 — конус сборный; 4 — конус нижний; 5 — конус средний; 6 — конус верхний; 7 — корпус; 8 — кассета нижняя фильтрующая; 9, 13 13,, 15 — прокладки; 10 — кассета верхняя фильтрующая; 11 — крышка; 12, 16 — фланцы; 14 — диафрагма регулировочная; 17 17,, 22 — обечайки; 18, 21 — сетки верхняя и нижняя специальные; 19 — сетка верхняя проволочная; 20 20,, 23 — канитель; 25 25,, 26 26,, 27 27,, 28 — ребра

тепловозах устанавливают специальные воздухоочистители. Тепловозные воздухоочистители должны быть компактны, должны обеспечивать малое сопротивление проходу воздуха, высокую степень очистки, способность задерживать мелкую пыль, а также удобство и простоту обслуживания. На тепловозах применяют различные по принципу действия и конструкции воздухоочистители: сетчатые, циклонные, набивные, маслопленочные. На большинстве тепловозов (2ТЭ10М, ТЭМ ТЭМ2, 2, ТЭП70 ТЭП 70 и др.) устанавливают унифицированные самоочищающи187

еся маслопленочные воздухоочистители непрерывного действия, обеспечивающие высокую степень очистки и небольшое гидравлическое сопротивление проходу воздуха. На тепловозе ТЭП ТЭП70 70 (рис. 7.11) так же, как и на тепловозе 2ТЭ10В, воздухоочистители установлены в машинном помещении на правой и левой стенках кузова. В сварном корпусе 2 воздухоочистителя (рис. 7.12), обшитом металлическими листами, размещены вращающаяся 3 и неподвижные 6 фильтрующие кассеты. Первая ступень очистки — вращающаяся кассета — представляет собой сварной круглый каркас, в который помещены четыре секторообразных съемных фильтра (секции), изготовленные из стальной тканой сетки с различным диаметром проволоки и размером ячеек. Во время работы кассета вместе с секциями вращается вокруг оси 4 и секции по очереди устанавливаются против проема в стенке кузова, через который забирается воздух из окружающей среды; в этом проеме установлены створки жалюзи 10 10.. В нижней части воздухоочистителя имеется масляная ванна, в которую при работе тепловоза по очереди погружаются фильтрующие секции. При этом загрязненная секция промывается и одновременно покрывается масляной пленкой, а пыль оседает в масляной ванне; после выхода секций из ванны лишнее масло стекает вниз. Ког-

Рис. 7.11. Расположение воздухоочистителей на тепловозе ТЭП ТЭП70: 70: 1 — конус воздухоочистителя; 2 — жалюзи на кузове; 3 — жалюзи на корпусе воздухоочистителя; 4 — привод жалюзи; 5 — металлический патрубок: 6 — резиновый патрубок; 7 — воздушные трубопроводы

188

да очищенная секция при вращении кассеты 3 поднимется вверх и установится против проема в стенке кузова, она начнет выполнять роль воздушного фильтра: через нее проходит поток запыленного воздуха, засасываемого турбокомпрессорами. Кассета 3 с фильтрующими секциями при работе дизеля непрерывно поворачивается, и процесс замены фильтрующих элементов и дальнейшей очистки их в масляной ванне все время повторяется. Фильтрующие секции набраны из металлических проволочных сеток, заключенных в стальную рамку. Секции вращающейся кассеты состоят из 14 сеточных слоев с размером ячейки 3,2×3,2 мм; их укладывают со смещением через одну, чтобы уменьшить площадь проходного сечения в направлении потока воздуха и повысить эффективность про- Рис. 7.12. Унифицированный воздухоочиститель непрерывноцесса очистки. Неподвижные фильго действия: трующие кассеты 6 также набраны 1 — труба сливная; 2 — корпус; из проволочных сеток (18 слоев) с 3 — кассета вращающаяся; 4 — размером ячеек 1,6×1,6 мм. Прохо- ось; 5 — колесо; 6 — кассета недя последовательно через извилис- подвижная: 7 — зажим; 8 — люк тые каналы набора сеток всех сту- для выемки колеса; 9 — проем; 10 — створки жалюзи; 11 — каспеней очистки, воздух изменяет на- сета наружная дополнительной правление движения, а частицы пыли очистки воздуха сталкиваются с проволочками фильтрующих сеток, которые покрыты слоем масла. Попавшие на проволочки частицы пыли задерживаются масляной пленкой, и таким образом совершается процесс очистки воздуха. После воздухоочистителей воздух по патрубкам и далее по прорезиненным компенсирующим устройствам поступает к всасывающим каналам турбокомпрессоров дизеля. 189

Глава 8. ОХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИВОДЫ ВЕНТИЛЯТ ВЕНТИЛЯТОРО ОРОВ В 8.1. Общие положения При сгорании топлива в цилиндрах дизеля выделяется большое количество тепла, которое нагревает стенки цилиндров, поршни, крышки, выпускные коллекторы и т.д. Если бы от этих деталей не отводилось тепло, работа дизеля была бы невозможной — высокая температура не позволила бы подвести масло к трущимся деталям цилиндро-поршневой группы, вызывала бы коробление деталей, появление трещин и т.д. Для отвода тепла от дизеля в нем используют в качестве теплоносителей воду и масло. Вода охлаждает цилиндры дизеля, крышки цилиндров и остальной газовыпускной тракт. Масло охлаждает поршни и другие трущиеся детали. В современных дизелях, кроме того, необходимо охлаждать наддувочный воздух, а в гидроприводе — его масло. Заставляя циркулировать воду и масло между нагретыми частями дизеля и охлаждающими устройствами по замкнутому контуру, необходимую долю тепла от нагретых деталей отводят теплоносителями и рассеивают в окружающую воздушную среду. Опыт показывает, что на современных тепловозах примерно 8–12% тепла, выделяемого в цилиндрах дизеля, отводится с охлаждающей водой, 6–10% — с маслом, а 4–6% — с водой, охлаждающей наддувочный воздух. При меньших долях отводимого тепла от дизеля с водой и маслом детали будут перегреваться, а теплоносители — вскипать и испаряться. Процесс рассеивания тепла в окружающую среду достаточно сложен. Это связано с переменным режимом работы дизеля, у которого количество выделяемого в цилиндрах тепла зависит от позиции контроллера и нагрузки, а также с переменными температурами наружного воздуха, которые могут колебаться от –50 до +40 °С. Вместе с тем температура охлаждающей жидкости для обеспечения надежности и экономичности работы дизеля не должна колебаться в широких пределах, а должна поддерживаться на определенном уровне. В связи с этим охлаждающие 190

уст ройства должны иметь возможность регулирования температур теплоносителей. Принцип отвода тепла в охлаждающих устройствах заключается в следующем. Теплоноситель (вода, а в отдельных случаях и масло) подводится к трубчатым секциям радиаторов системы охлаждения, расположенным фронтом с боков кузова в специальной закрытой камере (шахте). Теплоноситель перетекает по множеству оребренных снаружи трубок секций из одних коллекторов в другие. При этом между трубками секций по всему фронту их расположения проходит подаваемый вентилятором воздух. Воздух, проходя между трубками и их оребрением, забирает тепло от теплоносителя и нагретый выбрасывается из шахты наружу. Количество тепла, отводимого от жидкости (воды или масла), будет зависеть от времени, количества, температуры и скорости ее циркуляции по трубкам, а также скорости, количества и температуры воздуха, просасываемого через секции, площади теплорассеивающей поверхности, и свойств теплопередающих поверхностей, характеризуемых коэффициентом теплопередачи.

8.2. Особенности охлаждающих устройств тепловозов 2ТЭ10М, ТЭП ЭП70 70 и ТЭМ ТЭМ2 2 На тепловозе 2ТЭ10М охлаждающее устройство (рис. 8.1) состоит из шахты с расположенными в ней в два яруса водяными секциями, водомасляного теплообменника, охладителя наддувочного воздуха, вентилятора и его привода. Наклонные стенки холодильной камеры образуют проход из секции в секцию для выполнения монтажных работ. В наклонных стенках имеются проемы, закрытые люками. На боковых стенках имеются проемы, в которых установлены верхние и нижние боковые жалюзи. В крышу вварен диффузор вентилятора с рамкой для крепления верхних жалюзи. На диффузоре имеются четыре люка с заслонками для подвода воздуха из дизельного помещения в холодное время года. На арке вварен обтекатель, который уменьшает аэродинамическое сопротивление, обтекатель имеет люк для смазывания подшипника подпятника. Между наружными и наклонными стенками установлены верхний, средний и нижний коллекторы, к которым в два яруса крепятся радиаторные секции. В верх191

Рис. 8.1. Шахта охлаждающего устройства тепловоза 2ТЭ10М: 1 — пневмоцилиндры привода боковых жалюзи; 2 — пневмоцилиндр привода верхних жалюзи; 3 — окно для перепуска теплого воздуха из шахты в дизельное помещение; 4 — подпятник вентиляторного колеса; 5 — обтекатель; 6 — колесо вентилятора; 7 — жалюзи верхние; 8 — люк вентиляционный; 9 — коллектор верхний; 10 — секции радиаторов верхние; 11 — жалюзи боковые верхние; 12 — диффузор; 13 — коллектор средний; 14 — жалюзи боковые нижние; 15 — секции радиаторов нижние; 16 — коллектор нижний; 17 — арка

нем ярусе установлено 38 секций (по 19 с каждой стороны) длиной 686 мм, в нижнем 38 штук длиной 1356 мм. Нижний и верхний коллекторы представляют собой сварную конструкцию, состоящую из труб и стальных листов. Средний коллектор имеет коробчатое сечение. Для прохода воды из секции в коллекторы отверстия выполнены друг против друга. Коллекторы левой стороны холодильника имеют вертикальные перегородки для разделения контуров. Средние коллекторы являются базовыми и крепятся кронштейнами к холодильной камере. Верхние коллекторы крепятся через стальные пластины, а нижние установлены на 192

резиновых прокладках. Коллекторы перед установкой испытывают давление 8 кгс/см2 в течение 5 мин. Водяные секции на тепловозе применены двух размеров: нормальные 15 длиной 1356 мм и укороченные 10 длиной 686 мм. В систему охлаждения дизеля включены тринадцать нормальных и столько же укороченных секций. Общая площадь поверхности секций радиаторов охлаждения воды дизеля, омываемой воздухом, составляет 547 м2. В систему охлаждения наддувочного воздуха в охладителе и масла в теплообменнике включены двадцать пять нормальных и столько же укороченных водяных секций с площадью охлаждающей поверхности 1055 м2. Секции для охлаждения воды дизеля смонтированы с левой стороны, а водяные секции для охлаждения воды в теплообменниках наддувочного воздуха и масла — на правой стороне и часть на левой. Вода к секциям поступает из верхних, а отводится из нижних коллекторов. Средние коллекторы не имеют перегородки, и вода из верхних секций свободно перетекает в нижние. Шахта сверху и по бокам имеет жалюзи, которые можно открывать и закрывать при помощи электропневматического привода из кабины машиниста или вручную. Жалюзи предохраняют секции от механических повреждений, а открытие и закрытие их позволяет изменять поток воздуха, подаваемого к секциям. При включенном вентиляторе и открытых жалюзи воздух засасывается из атмосферы через жалюзи. Наклонные листы, идущие от нижних коллекторов секций к раструбу диффузора, направляют воздух к вентилятору, который выталкивает его через верхние жалюзи наружу. Боковые жалюзи имеют горизонтально расположенные створки, что обеспечивает одинаковое сопротивление потоку воздуха, засасываемого вентилятором, независимо от направления движения тепловоза. Зимой, чтобы избежать замораживания секций, подогретый воздух (при закрытых или частично закрытых верхних жалюзи) через люки направляется в пространство между боковыми жалюзи и наружными поверхностями секций. Здесь он смешивается с холодным воздухом и поступает к секциям, обеспечивая их нормальную работу. При очень низких температурах на жалюзи навешивают утеплительные чехлы. Тепловоз ТЭП ТЭП70 70. Шахта охлаждающего устройства, схема которого представлена на рис. 8.2, разделена на две части, по бокам которых в один ряд расположены четыре блока водяных секций с ра193

Рис. 8.2. Схема охлаждающего устройства тепловоза ТЭП ТЭП70: 70: 1 — дизель; 2, 3 — водяные насосы первого и второго контура циркуляции воды; 4, 5 — секции радиатора первого и второго контуров охлаждения воды; 6 — вентилятор; 7 — секция масляная; 8 — охладитель наддувочного воздуха; 9 — водомасляный теплообменник

бочей длиной трубок, равной 1206 мм. Секции 4 первого контура циркуляции (17 шт.) расположены в передней части шахты. Секции 5 второго контура расположены в задней (24 шт.) и в передней (6 шт.) частях шахты. В передней части шахты одна секция 7 масляная, предназначена для охлаждения масла гидропривода вентилятора. Вода секций 5 второго контура охлаждает масло в водомасляных теплообменниках 9, последовательно включенных между собой, а также наддувочный воздух в трубчатом охладителе 8, в который поступает вода после теплообменников. Каждый контур циркуляции имеет водяной насос 2, 3. К левому ряду секций первого контура горячая вода от дизеля подводится в верхний коллектор, к правому — в нижний. Во втором контуре вода для охлаждения подводится сначала к нижним коллекторам секций левого ряда. Холодильник дизеля (рис. 8.3 ) предназначен для отвода и рассеивания в окружающую среду тепла от охлаждающих жидкостей (воды и масла), а также для охлаждения наддувочного воздуха дизеля. Водяная система холодильника дизеля имеет два самостоятельных контура циркуляции. Холодильник дизеля состоит из двух 194

Рис. 8.3. Охлаждающее устройство тепловоза ТЭП ТЭП70БС: 70БС: 1 — блок секций; 2 — жалюзи боковые; 3 — гидромотор; 4 — секция водяная; 5 — спрямляющий аппарат; 6 — колесо вентилятора

шахт, в которых размещены сорок семь водяных секций холодильника дизеля и одна масляная секция, двух рабочих колес вентиляторов 2, спрямляющих аппаратов (СА) вентилятора 3, боковых жалюзи 4 и их привода. Функцию верхних жалюзи в каждой шахте холодильника выполняют поворотные лопатки спрямляющего аппарата, который устанавливается соосно с вентиляторным колесом. Вращение лопаток СА осуществляется через систему рычагов и тяг от пневмоцилиндра. Секции холодильника дизеля в каждой шахте объединены в два блока секций, которые устанавливаются на резиновые амортизаторы под углом 5 к вертикальной оси тепловоза. Демонтаж секций холодильника во время ремонтных работ можно производить как блоками, так и отдельными секциями. Для улучшения обслуживания и ремонта узлов холодильника дизеля коллектор устанавливается на поперечные швеллеры холодильной камеры. Это позволяет демонтировать крышу над шахтой холодильника дизеля, не снимая коллектор. Для исключения потерь тепла в окружающую среду и с целью защиты секций холодильника дизеля от переохлаждения в охлаждающем устройстве тепловоза боковые 195

жалюзи 2 выполнены с утепленными створками и предусмотрена установка зачехлений секций радиаторов в холодное время года. Обе части шахты 13 (рис. 8.4) имеют по одному вентилятору 8, приводимому во вращение двигателем 12 гидрообъемного привода. Вентиляторное колесо и гидродвигатель связаны шлицевым соединением. Гидродвигатель закреплен в диффузоре 11 на шести спицах 9, которые связаны с диффузором 11 через амортизаторы (резинометаллические втулки) 10. Под нижними, а также под верхними трубчатыми коллекторами 1, 4, объединяющими блоки секций, подложены резиновые амортизаторы 14 в виде пластин. Створки боковых жалюзи 2 утеплены и расположены вертикально в два ряда. Створки верхних и боковых жалюзи (рис. 8.5, а) одинаковы по конструкции. Каждая створка выполнена из двух одинаковых изогнутых пластин 3, соединенных между собой полым квадратным стержнем 1, проходящим через скобы 4. Простран ство между пластинами заполнено войлоком 2. При закрытии жалюзи создается двустороннее уплотнение.

Рис. 8.4. Шахта охлаждающего устройства тепловоза ТЭП ТЭП70: 70: 1, 4 — трубчатые коллекторы; 2 — жалюзи боковые; 3 — водовоздушная секция; 5 — ручной привод жалюзи; 6 — жалюзи верхние; 7 — пневмоцилиндр привода жалюзи; 8 — вентиляторное колесо; 9 — спица; 10 — резинометаллический амортизатор; 11 — диффузор; 12 — гидродвигатель; 13 — шахта; 14 — резиновая прокладка

196

Рис. 8.5. Устройство жалюзи (а) и схема устройства автоматической защиты дизеля от перегрева (б): 1 — стержень; 2 — войлок; 3 — пластина; 4 — скоба; 5 — жалюзи верхние; 6 — термобаллон; 7 — пневмоцилиндр привода верхних жалюзи; 8 — термореле КРДКРД-4; 4; 9 — электропневматический вентиль; 10 — кран трехходовой; 11 — пневмоцилиндр привода боковых жалюзи; 12 — жалюзи боковые

На тепловозе предусмотрено автоматическое управление открытием и закрытием жалюзи для защиты радиаторных секций от переохлаждения. Принципиальная схема устройства, обеспечивающего эту защиту, показана на рис. 8.5, б. Принцип действия автоматического устройства для защиты дизеля от переохлаждения по температуре воды и температуре масла одинаков. Воздух в цилиндры 11, 7 приводов боковых 12 и верхних 5 жалюзи подводится из воздушной магистрали тепловоза через электропневматический вентиль 9, который включает термореле 8 в зависимости от температуры воды (для первого контура циркуляции) или масла (для второго контура) на выходе из дизеля. В конструкции привода жалюзи предусмотрена возможность работы только одного ряда створок (верхнего) при эксплуатации тепловоза в зимнее время года. Для этого валик, соединяющий вилки тяг со штоком цилиндра привода, переставляется головкой в дру197

гую сторону, отсоединяя тягу нижней подвижной планки от штока цилиндра привода. На случай выхода из строя автоматического устройства верхних и боковых жалюзи предусмотрены ручные приводы. Тепловоз ТЭМ ТЭМ2. 2. Шахта охлаждающего устройства тепловоза и ТЭМ2 ТЭМ 2 (рис. 8.6) расположены в передней части тепловозов и предназначены для охлаждения воды и масла дизеля. Охлаждение воды и масла в холодильнике происходит за счет передачи тепла воздуху. Охлаждающие секции 8 и коллекторы 5 располагаются в кузове холодильной камеры 1 с правой и левой сторон и вместе с кузовом образуют шахту. На тепловозе ТЭМ ТЭМ1 1 установлены 24 охлаждающие секции, из которых 18 водяных секций служат для охлаждения воды дизеля (12 с левой стороны и 6 с правой) и 6 масляных секций — для охлаждения масла дизеля (с правой стороны). На тепловозе ТЭМ ТЭМ2 2 до ТЭМ ТЭМ22942 установлено 28 секций, из которых 16 водяных для охлаждения дизеля (8 с левой стороны и 8 с правой), 6 водяных секций для охлаждения наддувочного воздуха (с левой стороны) и 6 масляных секций для охлаждения масла дизеля (с правой стороны). С теплово-

Рис. 8.6. Холодильник тепловоза ТЭМ ТЭМ2: 2: 1 — кузов холодильной камеры; 2 — колесо вентилятора; 3 –жалюзи верхние; 4 — привод верхних жалюзи; 6 — коллектор; 6 — привод боковых жалюзи; 7 — жалюзи боковые; 8 — охлаждающая секция; 9 — редуктор

198

за ТЭМ ТЭМ2-943 2-943 число секций для охлаждения воды дизеля уменьшено до 12. Для регулирования количества проходящего через секции воздуха на боковые стенки кузова холодильной камеры навешены боковые жалюзи 7, а над вентиляторным колесом 2 — верхние жалюзи 3. Чтобы посторонние предметы не попали в шахту холодильника и можно было пройти по крыше кузова, над верхними жалюзи установлена решетка. Редуктор 9 привода вентилятора, размещенный в середине холодильной камеры, карданными валами соединен с дизелем и вентиляторным колесом. Воздух для охлаждения секций забирается через боковые жалюзи, проходит секции и выбрасывается вентилятором через верхние жалюзи. Интенсивность охлаждения воды и масла дизеля изменяется путем открытия или закрытия жалюзи и включения или выключения вентилятора.

8.3. Секции радиаторов охлаждающего устройства и теплообменники По конструкции тепловозные секции радиаторов (рис. 8.7) одинаковы и различаются в основном длиной рабочей части трубок. Каждая секция набрана из 68 латунных плоских трубок, концы которых вставлены в трубные коробки, развальцованы и припаяны. 8 крайних трубок по бокам являются жесткими, они короче остальных. Применяются для уменьшения напряжения в зоне пайки крайних рядов трубок. Снаружи трубки оребрены медными пластина-

Рис. 8.7. Водовоздушная секция радиатора: 1 — боковой щиток; коллектор; 2 — усилительная доска; 3 — коллектор; 4 — охлаждающая латунная трубка; 5 — трубная коробка; 6 — ободок; 7 — охлаждающая медная пластина; 8 — соединительный патрубок

199

ми для завихрения воздуха и лучшей теплоотдачи толщиной 0,08— 0,1 мм. Пластины прикреплены к трубкам на расстоянии 2,3 мм друг от друга. К буртам трубной коробки припаяны коллекторы секций.

8.4. Водомасляный теплообменник Для охлаждения масла дизеля применяется водомасляный теплообменник (рис. 8.8). Имеет 955 медных трубок, закрепленных в нижних и верхних трубных досках. Торцы трубок развальцованы и припаяны. Сегментные перегородки делят охладительный элемент на 14 полостей. Охлаждающая вода протекает внутри трубок. Корпус состоит из трех частей, соединенных между собой болтами. В теплообмен-

Рис. 8.8. Водомасленный теплообменник: 1, 7 — нижние и верхние трубные доски; 3, 5, 13 — нижний, средний и верхний корпуса; 4 — патрубок выхода масла; 6, 12 12,, 16 — резиновые уплотнительные кольца; 8, 19 — верхняя и нижняя крышки; 9 — трубка; 10 — резиновое уплотнение; 11 — штуцер для выпуска паровоздушной смеси; 14 — перегородка; 15 — рубашка; 17 — промежуточное стальное кольцо; 18 — штуцер для слива воды

200

нике имеются фланцы для подвода и отвода воды, масла. В верхней и нижней части подвод масла. В средней части отвод масла. В нижней крышке подвод воды, в верхней крышке отвод воды. В крышках выполнены перегородки, благодаря которым создается трехходовой поток воды. Для слива воды в нижней части предусмотрен штуцер, а в верхней части штуцер для отвода пара воздушной смеси.

8.5. Вентиляторные колеса и их привод Прохождение атмосферного воздуха через радиаторные секции обеспечивается вентилятором с соответствующей подачей, создающим в шахте необходимое разрежение. Тепловозные охлаждающие устройства характеризуются малыми аэродинамическими сопротивлениями воздушных трактов и большими объемами проходящего через шахту воздуха. Этим условиям лучше удовлетворяют осевые вентиляторы, которые проще в изготовлении, экономичнее, компактнее и легче центробежных. Вентилятор представляет собой барабан 1 (рис. 8.9) с приваренными к нему посредством воротников жесткости 3 восемью лопастями 4, выполненными из тонколистовой стали. Сверху барабан закрыт обтекателем 5 из листовой стали. В центре барабана закреплена ступица 2 для соединения с валом привода. У вентиляторов тепловоза ТЭП ТЭП70 70 лопасти закреплены на барабане с помощью ре-

Рис. 8.9. Вентиляторное колесо: 1 — обод барабана; 2 — верхний диск; 3 — нижний диск; 4 — ступица; 5 — ребро; 6 — балансировочный груз; 7 — воротник жесткости; 8 — заклепка; 9 — труба; 10 — лопасть; 11 — обтекатель; 12 — люк обтекателя

201

зинометаллических амортизаторов, которые позволяют изменять угол установки лопастей в процессе испытаний для выбора его оптимального значения. Приводы вентиляторов. Приводы разделяются на: механический от дизеля (ТЭМ ТЭМ2) 2) с помощью карданных валов, углового редуктора и фрикционной муфты; гидромеханический от дизеля (2ТЭ10Л, 2ТЭ10М, 2ТЭ10В) с включением в механическую систему гидродинамической муфты переменного наполнения; гидрообъемный (ТЭП ТЭП60, 60, ТЭП ТЭП70, 70, ТЭП ТЭП75) 75) без механической связи вала вентилятора с валом дизеля; электрический (ТЭ ТЭ116) 116) с индивидуальным электродвигателем переменного тока для каждого вентилятора. Затраты мощности дизеля на привод вентиляторов составляют значительную долю — 5–6%. Тепловоз ТЭМ ТЭМ2, 2, ТЭМ ТЭМ18ДМ 18ДМ. Вентилятор (рис. 8.10, 8.11) представляет собой барабан с приваренными к нему посредством во-

Рис. 8.10. Гидропривод вентилятора тепловоза 2ТЭ10М: 1 — фланец; 2 — вал насосного колеса; 3 — крышка насоса; 4 — лопастной насос; 5 — фланец насоса; 6 — зубчатая рейка; 7 — вал-шестерня; 8 — ступица; 9 — фланец; 10 — чаша; 11 — насосное колесо; 12 — турбинное колесо; 13 — крышка; 14 — гнездо подшипника; 15 — вал; 16 — гнездо подшипника; 17 — шестерня ведомая; 18 — кольцо; 19 — полукольцо; 20 — шестерня ведущая; 21 — пружинное кольцо; 22 — пружинный болт; 23 — корпус; 24 — черпачковая труба; 25 — шестерня; 26 — подшипник; 27 — штифт

202

Рис. 8.11. Вентилятор холодильника и подпятник тепловозов ТЭМ ТЭМ2 2 и ТЭМ ТЭМ18ДМ: 18ДМ: 1 — фланец; 2 — вал; 3 — крышка; 4 — корпус; 5 — втулка; 6 — подшипник; 7 — стопорная шайба; 8 — штуцер; 9 — гайка; 10 — самоподжимной сальник; 11 — рычаг включения фрикционной муфты; 12 — фрикционная муфта; 13 — редуктор вентилятора; 14 — вертикальный кардан; 15 — подпятник вентилятора; 16 — вентилятор

ротников жесткости шестью лопастями. Лопасти пустотелые и сварены из листовой стали толщиной 2 мм. Диаметр вентиляторного колеса 1600 мм, а угол наклона лопастей к плоскости вращения 26°. Лопасти подбираются по массе — разность в массе лопастей допускается не более 80 г. В центре барабана вварена ступица для соединения с валом подпятника. При установке вентилятора в шахте холодильника выдерживают зазор между лопастями и диффузором в пределах 3—10 мм, что достигается за счет смещения корпуса подпятника. Производительность вентилятора при номинальной частоте вра3/ч, а потребляемая мощность 37,5 кВт. щения (1055 об/мин) 130000 м Вентиляторное колесо надевают на верхний конусный конец вала подпятника на шпонке и укрепляют гайкой. Подпятник крепится болтами к балкам холодильной камеры. 203

Подпятник состоит из корпуса, в расточках которого установлены подшипники. Верхний подшипник воспринимает радиальные и осевые нагрузки, а нижний только радиальные. Подпятник сверху и снизу закрыт крышками со штуцерами для смазки. На нижний конец вала подпятника напрессован фланец, закрепленный гайкой. Фланец при помощи болтов соединен с карданным валом привода вентилятора.

8.6. Автома Автоматическое тическое регу регулирование лирование темпе темпера ратуры туры воды и масла дизеля Устройство и работа. Система автоматического регулирования температуры (САРТ ) (рис. 8.12) служит для поддержания в необходимых пределах температуры воды и масла и состоит из следующих приборов: Датчики реле температуры ТТ-35. 35. Преобразователи температур ДТПМ. Пневмопривод гидромуфты вентилятора. Датчик реле температуры ТТ-35 35 предназначен для подачи электросигнала на открывание жалюзи по достижению температуры воды или масла 72 °С и открытия запорного клапана в трубопроводе питания гидромуфты. Преобразователь температуры ДТПМ. Принцип действия основан на сравнении усилий сильфона и пружины. Воздух под давлением 5,5–6 кгс/см 2 подается на управляющий клапан преобразователя. Выходное давление определяет разность создаваемых давлений пружины и сильфона (чем больше температура, тем больше усилие от штока сильфона и тем сильнее клапан откроется, и наоборот). Пневмопривод гидромуфты. Для усиления пневмосигнала, получаемого от преобразователя, в систему автоматики включен пневмопривод гидромуфты. Корпус имеет два отверстия, соединенных каналами. В верхнее отверстие помещен силовой поршень, отверстия с двух сторон закрыты крышками. С одной стороны крышки имеется бронзовая втулка, в которой помещен шток, прижатый к поршню пружиной. В нижнее отверстие запрессована втулка, имеющая наружные кольцевые проточки (4 шт. с отверстиями). Во втулке установлен управляющий золотник, пояски которого образуют полость высокого давлении, и полость слива масла. С левой стороны золотник закрыт крышкой, в которой установлен шток. С пра204

205

Рис. 8.12. Система автоматического регулирования температуры тепловоза 2ТЭ10М: 1 — пружина; 2 — рейка; 3 — червячные трубки; 4 — шток; 5 — рычаг обратной связи; 6 — силовой поршень; 7 — канал; 8 — втулка; 9 — поршень; 10 — толкатель; 11 — золотник; 12 — полость высокого давления; 13 — упор; 14 — мембрана; 15 — шток

вой стороны установлен пневмоцилиндр. Штоки силового поршня и золотника связаны между собой рычагом обратной связи, пневмоцилиндры расположены с обеих сторон корпуса в отверстиях прилива и закреплены гайками. Пневмоцилиндры служат для передачи пневматического сигнала, полученного от преобразователя температуры, на рычаг обратной связи. Работа САРТ. Сжатый воздух поступает на управляющий клапан преобразователя температуры при температуре водыо±73 2 °С. 2 Давление воздуха после преобразователя должно быть 2 кг/см , что соответствует началу выхода рейки гидромуфты. При температуре 78–84 °С давление воздуха после преобразова2, что соответствует полному вытеля должно составлять 5 кгс/см ходу рейки гидромуфты 42±1мм. От преобразователя воздух поступает в пневмоцилиндр. Давление воздуха, поступающего от преобразователей к пневмоцилиндрам, действует на их штоки. Штоки выдвигаются и действуют на выравнивающее устройство пневмопривода, которое сравнивает перемещение штоков. Шток, имеющий наибольший выход через рычаг обратной связи, перемещает золотник (выводит его). Поясок золотника открывает окно между отверстиями в корпусе, и масло из полости силового поршня сливается до тех пор, пока шток, перемещаясь под действием пружины через рычаг обратной связи, не задавит золотник обратно. При сливе масла шток поршня отходит от зубчатой рейки, которая, перемещаясь под действием пружины, складывает черпаковые трубки, откачка масла из полости гидромуфты уменьшается. Шток увеличивает ее наполнение, соответственно, частоту вращения вентилятора. При понижении температуры уменьшается пневмосигнал, шток пневмоцилиндра заходит, золотник под действием пружины перемещается вправо, сообщая полость силового поршня с полостью высокого давления. Давление масла перемещает поршень влево, при этом сжимая пружину поршня. Шток поршня перемещает рейку, которая раскрывает черпаковые трубки. Частота вр ащения вентилятора уменьшается.

Глава 9. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВ ОБСЛУЖИВАНИЕ АНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТ СТАН АНО ОВОК Работа дизеля в эксплуатации характеризуется частыми и резкими сменами режимов. Частые изменения режимов характерны не только для маневровых, но и для магистральных тепловозов: даже при движении поезда по сравнительно несложному участку наблюдаются постоянные изменения режимов с интервалом 1—6 мин. Особенно часто изменяются режимы работы при эксплуатации дизелей маневровых тепловозов. Хронометраж эксплуатационной работы показал, что число переключений позиций контроллера (смен режимов) за час работы для дизелей грузовых тепловозов в среднем составляет 50—90, пассажирских — 110— 115, маневровых — до 130. Неустановившиеся режимы работы дизелей приводят к нарушению статического равновесия, т.е. к изменению угловой скорости коленчатого вала и связанных с ним агрегатов. Неустановившиеся режимы сопровождаются плохим воздухоснабжением цилиндров дизеля, что приводит к неполному сгоранию топлива, т.е. понижению эффективности дизеля. Чем интенсивнее смена режимов, тем большая часть времени работы двигателя сопровождается снижением эффективности, увеличением расхода топлива на единицу мощности, изменениями нагрузки на детали, нарушениями смазки трущихся поверхностей деталей и, как следствие, повышением износа. Все это уменьшает долговечность и надежность дизеля. С понижением температуры увеличивается вязкость масла и возрастает сопротивление проворачиванию коленчатого вала, особенно в двух первых фазах процесса пуска. Относительно малая частота вращения вала и низкая температура стенок цилиндра приводят к повышению потерь теплоты рабочим телом в цилиндре, потерь заряда. Эти факторы вместе с низкой температурой воздуха на впуске обуславливают пониженные значения давления и температуры рабочего тела в цилиндре в конце процесса сжатия, вследствие чего в камере сгорания не создаются благоприятные условия для 207

воспламенения топлива, что затрудняет пуск двигателя. При низких температурах положение усугубляется значительным ухудшением состояния аккумуляторных батарей — снижением их емкости и возрастанием внутреннего сопротивления, что вызывает уменьшение крутящего момента стартера и быструю разрядку батарей. Пуск охлажденного дизеля сопровождается интенсивным изнашиванием деталей. Исследованиями установлено, что изнашивание деталей дизеля за один пуск равноценно работе его под нагрузкой в нормальных условиях в течение нескольких часов. Переходные процессы, сопровождаемые вибрациями и температурными напряжениями, являются причинами появления трещин, особенно в сварных соединениях рамы и блока цилиндра дизелей. В процессе эксплуатации наблюдаются износ посадочных поверхностей под гильзы цилиндров, износ вкладышей подшипников коленчатого вала, кулачковых валов, а также кавитационные разрушения и коррозии. Каждый из этих факторов дает о себе знать по мере нарастания пробега. Механизмы тепловоза постепенно изнашиваются, в результате чего изменяются геометрические размеры и форма деталей, характер посадки сопряженных деталей и качество их поверхностей. Прочность многих деталей под влиянием высоких температур и значительных удельных нагрузок уменьшается, они теряют работоспособность и начинают разрушаться. Изоляция токоведущих частей электрического оборудования постепенно стареет под воздействием токовых нагрузок и осаждения на замасленных и увлажненных изоляционных поверхностях токопроводящих загрязнений. Резиновые детали теряют эластичность, покрываются сеткой трещин и разрушаются. Фильтры, предназначенные для очистки масла, топлива и воздуха, загрязняются и перестают выполнять свои функции. Многие детали и механизмы загрязняются, покрываются нагаром, накипью, коррозией, окислами и т.п. Все это приводит к тому, что тяговые качества тепловоза ухудшаются, он становится менее надежным, часто начинает «болеть», расходы на его содержание возрастают. И если в процессе эксплуатации не принять своевременно нужных мер, то тепловоз, не достигнув предельного возраста, перестанет выполнять свои функции. Каждый новый тепловоз имеет определенные показатели надежности и работоспособности, которые характеризуют его качество. 208

Для поддержания работоспособности на железнодорожном транспорте существует система планового предупредительного технического обслуживания и ремонта подвижного состава, которая включает техническое обслуживание, текущие, средние и капитальные ремонты. Техническое обслуживание. Техническое обслуживание — это система мероприятий профилактического характера, предназначенная для снижения интенсивности изнашивания деталей, сборочных единиц и агрегатов тепловозов; своевременного выявления неисправностей; предупреждения отказов путем диагностирования без разборки; поддержания тепловозов в работоспособном состоянии, обеспечивающем их бесперебойную работу и безопасность движения в соответствии с требованиями ПТЭ. Техническое обслуживание ТОТО-1 1 выполняется локомотивными бригадами при приемке и сдаче тепловоза, а также в пути следования его с поездом. Бригады выполняют работы по смазыванию, креплению ослабших соединений, проверке состояния экипажа, тормозного оборудования и тяговых электродвигателей. Локомотивные бригады несут ответственность за правильный режим работы тепловоза, своевременное предупреждение и устранение выявленных неисправностей и содержание его в исправном состоянии. Техническое обслуживание ТОТО-2 2 проводят на специальных смотровых канавах и в пунктах технического обслуживания локомотивов (ПТОЛ), оборудованных средствами диагностики, специальными приспособлениями и инструментом и располагающих технологическим запасом деталей и материалов. Работы выполняют высококвалифицированные слесари под руководством мастера. На маневровых и вывозных тепловозах ТО-работы выполняют слесари совместно с локомотивными бригадами. В состав работ входят операции по контролю за состоянием ходовых частей, тормозного и другого оборудования, обеспечивающего безопасность движения и по предупреждению повреждений тепловозов в эксплуатации. Техническое обслуживание ТОТО-3 3 выполняется в депо приписки тепловоза для предупреждения появления неисправностей, поддержания тепловозов в работоспособном состоянии, обеспечения их бесперебойной работы и безопасности движения. При этом виде технического обслуживания кроме осмотров, предусмотренных ТО-2, ТО2, выполняют некоторые ремонтные операции (смена фильтров, 209

снятие форсунок для проверки на стенде, замена щеток электрических машин, очистка выпускных окон и т.д.). Техническое обслуживание ТОТО-4 4 предназначено для обточки бандажей колесных пар без выкатки из-под локомотива для поддержания оптимального размера проката. Продолжительность технического обслуживания ТОТО-4 4 устанавливается начальником дороги с учетом местных условий из расчета 1—1,2 ч на обточку одной колесной пары. Разрешается совмещать обточку колесных пар с техническим обслуживанием ТОТО-3 3 и текущими ремонтами ТРТР-1, 1, ТР-2, ТР2, увеличивая нормы простоя на них из расчета 1—1,2 ч на обточку одной колесной пары. Номера технических обслуживаний связаны между собой такой особенностью: состав плановых работ при ТО с большим номером обязательно включает в себя работы, имеющиеся в регламенте на техническое обслуживание с меньшим номером, т. е. при ТО-2 ТО2 выполняются работы ТОТО-1 1 и сверх того специфические операции; при ТОТО-3 3 выполняются объем ТОТО-2 2 и плюс свои операции. Эта особенность характерна для всех видов технического обслуживания и ремонта тепловозов, кроме ТОТО-4 4 и ТОТО-5. 5. Так, при текущем ремонте ТРТР-1 1 выполняют ТОТО-3 3 с соответствующими дополнительными работами по этому виду ремонта, при ТРТР-2 2 делаются ТР-1 ТР1 и плюс операции, необходимые при ТРТР-2, 2, и т.д., при ТОТО-5 5 производят подготовку к ремонту и др. Та б ли Таб лица ца 9 .1 Сред Ср едн н и е д л я ОАО «РЖ РЖД» Д» но норм рмы ы п ер ериод иоди и ч н ос остт и тех техни нич ч ес еског кого о о бс бсл л у ж и ва ван ния и ремонта тепловозов магист рал ьных серий, использу ющи хс хся я в г рузовом и пас пассажирск сажирск ом движе нии

Серии 12 Тепловозы типа ТЭ10 ТЭ 10 всех серий с дизель-генератором 10Д100; тепловозы типа М62 всех серий с дизель-генератором 14Д40; ТЭП ТЭП60 60

210

Техническое Текущий Средний обслуживание ремонт, тыс. км ремонт СР, ТО-2, ТО2, ч, ТОТО-3, 3, ТР-1 ТР1 ТРТР-2 2 ТРТР-3 3 тыс. км не более тыс. км 3 4 5 6 7 72 10 50 150 300 600

Капитальный ремонт КР, тыс. км 8 1200

О ко кон н ч ан ани и е та таб б л. 9 .1 12 3 4 5 6 7 8 Тепловозы типа 72 15 50 200 400 800 1600 ТЭ10 ТЭ 10 всех серий с дизель-генератором 1А9ДГ; тепловозы типа М62 всех серий с дизель-генератором 5-26ДГ; 2ТЭ116 ТЭП70 ТЭП 70 48 15 50 200 400 — 1200 ТГ16 ТГ 16 72 10 55 120 240 480 960 ТГ21, ТГ 21, ТГ ТГ22 22 72 15 75 150 300 600 1200 Примечание. Для тепловозов, имеющих три и более секций, норма продолжительности технического обслуживания ТОТО-3 3 и текущего ремонта ТРТР-1 1 увеличивается на каждую (более двух) секцию на 4 и 8 ч соответственно. Таб Та б ли лиц ц а 9.2 Сре Ср е д ни ние е д л я ОАО «РЖ РЖД» Д» н ор орм м ы пе пери риод оди и ч н ос остт и т ех ехн н и ч ес еског кого о обслуживания и ре ремо мон н т а ма магг и ст стр р а л ь ны ныхх ло локом комо о т ив иво о в, и сп спол оль ь з у ющ ющи и хся в м а не невр вров ово ой работе, в хозя йствен ном, вывозном и передаточном дви жении, а так же маневровы х теп ловозов

Серии 12 Магистральные локомотивы, использующиеся в маневровой работе, в хозяйственном, вывозном и передаточном движении ЧМЭ3 ЧМЭ 3 всех индексов с дизель-генераторами К6S310DR или 1ПДГ4В, ТЭМ ТЭМ2 2 всех индексов с дизель-генераторами ПДГ ПДГ1М 1М или 1ПДГ4А, ТЭМ ТЭМ3, 3, ТЭМ16, ТЭМ 16, ТЭМ ТЭМ17, 17, ТЭМ18 ТЭМ 18

Техническое Текущий Капиобслуживание ремонт, мес. Средний тальный ремонт ремонт ТО-2, ТО2, ч, ТОТО-3, 3, ТР-1 ТРТР-1 ТР-2 2 ТРТР-3 3 СР, лет КР, лет не более сут. 3 4 5 6 7 8 72 28 6 12 36 6 12

120

40

9

18

36

6

12

211

О ко кон н ч ан ани и е та таб б л. 9 .2 12 ЧМЭ3 ЧМЭ 3 всех индексов с дизель-генератором 436ДГ, ТЭМ ТЭМ2 2 всех индексов с дизельгенератором 1ПДГ4Д, ТЭМ ТЭМ7, 7, ТЭМ7А ТЭМ 7А

120

3 40

4 12

5 24

6 48

7 8

8 16

ТГМ7, ТГМ ТГМ7, ТГМ11, 11, ТГМ11А ТГМ 11А

96

30

5

15

30

7,5

15

ТГМ1, ТГМ ТГМ1, ТГМ3, 3, ТГМ4Б, ТГМ 4Б, ТГМ23 ТГМ 23 всех индексов, ТГК ТГК2 2

100

20

6

12

24

4

—

Среднесетевые нормы продолжительности ТО и ТР тепловозов приведены в табл. 9.3. Таб Та б ли лиц ц а 9. 9.3 3 Сре Ср е д ни ние е д л я ОАО «РЖ РЖД» Д» но норм рмы ы п р од одол олж ж и т е ль льно носс т и те техх н и че ческо скогг о обсс л у ж и в ан об ани и я и р е мо мон н та т е п ло лово возз ов Серии

Техническое Текущий ремонт Средний обслуживание ТР2, ТР 2, ТР ТР3, 3, ремонт ТР1, ТР 1, ч ТО3, ТО 3, ч сут сут СР, сут.

Магистральные тепловозы всех серий, ТЭМ ТЭМ7, 7, ТЭМ ТЭМ7А 7А

12

36

4

6

6

ЧМЭ3 и ТЭМ ЧМЭ3 ТЭМ2 2 всех индексов, ТЭМ ТЭМ3, 3, ТЭМ ТЭМ16, 16, ТЭМ ТЭМ17, 17, ТЭМ18, ТЭМ 18, ТГМ ТГМ7, 7, ТГМ ТГМ11, 11, ТГМ11А ТГМ 11А

12

24

3

6

6

ТГМ1, ТГМ ТГМ1, ТГМ3, 3, ТГМ ТГМ4Б, 4Б, ТГМ23 ТГМ 23 всех индексов, ТГК ТГК2 2

5

24

8

16

20

При техническом обслуживании ТОТО-2 2 выполняются следующие работы по энергетическим установкам: При работающем дизеле следует проверить: а) ритмичность работы механизмов и агрегатов, нет ли постороннего шума и стуков; б) нет ли утечек в масляной, топливной, водяной и воздушной системах; в) правильность показаний измерительных приборов; 212

г) подачу смазки жиклерами, а также устойчивость работы регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля (установка рукоятки контроллера в нулевое положение не должна приводить к неустойчивой частоте вращения). 2. При остановленном дизеле проверить: а) уровень масла в картере дизеля, компрессоре, турбокомпрессоре и провернуть на 2—3 оборота рукоятки щелевого фильтра; б) уровень воды в расширительном баке; в) надежность крепления механизмов и агрегатов; г) нет ли заеданий реек топливных насосов (произвести ревизию топливной аппаратуры); 3. Слить отстой из топливного бака и картера дизеля и конденсат из воздушных резервуаров. При техническом обслуживании ТОТО-3 3 выполняются следующие работы по энергетическим установкам: 1. Проверить надежность крепления блока к картеру дизеля и последнего к раме тепловоза. Ослабшие гайки и болты покрепить. 2. Открыть люки блока и картера, проверить, нет ли частиц баббита вблизи подшипников, трещин в крышках, крепление гаек коренных и шатунных подшипников путем обстукивания молотком, положение стыков вкладышей, состояние шплинтов, особенно у шатунных подшипников, провести ревизию маслопровода в картере и трубок, подводящих масло на смазку подшипников. 3. Открыть люки клапанных коробок и проверить состояние привода рабочих клапанов и подачу смазки через жиклеры. При необходимости отрегулировать зазоры у рабочих клапанов. 4. Форсунки дизеля снять и испытать на стенде согласно требованиям п.п. 5.2.8—5.2.10 Правил технического обслуживания и текущих ремонтов тепловозов (далее Правила). Неисправные форсунки заменить отремонтированными. Форсунки, устанавливаемые на дизели, должны удовлетворять требованиям п. 7.2.57 Правил. Установку форсунок на дизель производить согласно требованиям п. 7.2.59 Правил. Проверить состояние крепления реек топливных насосов и свободность их перемещения. Насосы, имеющие заедание реек или плунжеров, снять для ремонта. Проверить работу топливоподкачивающего насоса. 5. Заменить масло в ванне регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля. 213

6. Проверить каплепадение воды через сальник насоса, которое допускается не более 30 капель в 1 мин на 0 позиции контроллера. У насосов открытого типа добавить набивку в сальник. 7. Измерить осевое перемещение ротора турбовоздуходувки или турбокомпрессора. Очистить тройник трубопровода подвода смазки к подшипникам турбокомпрессора или турбовоздуходувки и кулачковому валу топливного насоса. 8. Проверить, нет ли течи масла и воды в соединениях, а также плотность закрытия жалюзи и исправность их действия. Допускается эксплуатация тепловоза, если в постановке секций имеется «потение», но не течь масла и воды. 9. Произвести ревизию редуктора холодильника и вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей, проверить надежность их крепления, регулировку фрикционной муфты редуктора холодильника, осмотреть состояние шлицевых соединений и гибких звеньев. Допускается проворачивание невключенной муфты вентилятора со скоростью не более 40 об./мин. на 8 позиции контроллера. Проверить состояние муфты привода водяного насоса системы охлаждения наддувочного воздуха тепловозов ТЭМ ТЭМ2, 2, ТЭМ ТЭМ2А, 2А, изношенные пальцы заменить. При необходимости добавить или сменить набивку сальника насоса. 10. Фильтры топлива, масла и воздуха подлежат разборке и очистке; очистку пластинчато-щелевых фильтров масла производить через одно техническое обслуживание ТОТО-3, 3, фильтры типа ФЕТО подлежат замене на текущем ремонте ТРТР-1. 1. 11. Заменить набивку сетчатонабивных топливных и масляных фильтров. Наружные и внутренние сетки фильтров промыть в осветительном керосине и продуть сжатым воздухом. Корпус и все детали фильтра грубой очистки топлива промыть в осветительном керосине и продуть сжатым воздухом. 12. Пластинчато-щелевые фильтры масла очистить и промыть в осветительном керосине, продуть сжатым воздухом. Фильтр, имеющий поврежденные пластины или ножи, заменить. 13. Течь топлива, масла, воды и утечки воздуха, обнаруженные в соединениях трубопроводов, устранить с заменой негодных прокладок и рукавов. Проверить, нет ли течи по воздухоохладителю дизеля. Спустить отстой из ванны воздухоохладителя. Общие рекомендации по техническому обслуживанию дизеля приведены в таблице 9.4. 214

Таб Та б ли лица ца 9 .4 Рек еком омендации ендации по те техническ хническ ому обслуж иванию дизеля диз еля Что нельзя допускать Возможные последствия нарушений Несоответствие стандартам топлива, Ухудшение теплотехнического состоводы, смазочных материалов. яния. Понижение уровней масла в масля- Ухудшение смазывания трущихся ных ваннах агрегатов. деталей и, как следствие, задир их Повышение уровней масла больше поверхностей. Потери мощности на допустимого. перемешивание и разбрызгивание, Пуск дизеля при пониженных темпе- увеличение расхода масла, пригораратурах воды и масла. ние колец в ручьях поршней. Работу под нагрузкой без предвари- Затрудняется пуск дизеля: загустельного прогрева воды и масла до тевшее масло плохо подводится к подшипникам, создаются условия температуры 50—60 °С. Длительную работу на холостом ходу для сухого и полусухого трения и Скопление масла в воздушных кол- повышенного износа. лекторах Пригорание колец в ручьях поршней, нарушение герметичности водяных рубашек цилиндров и др. Резкое снижение экономичности дизеля. Масло, попавшее в камеру сгорания, не сгорает, а, попадая в выпускной тракт и воздушный коллектор, приводит к нагарообразованию и скапливанию его в коллекторах. Воспламенение при форсированных режимах Резкое увеличение нагрузки после Воспламенение масла в местах его длительной работы на холостом ходу скопления Работу дизеля за диапазоном реко- Нарушение теплотехнического сомендуемых температур, с большой стояния, температурные деформации амплитудой колебаний темперадеталей, потери мощности и снижетур (более 3—5 °С), с увеличенной ние топливной экономичности разностью температур воды и масла на выходе из дизеля и на его входе (более 6—10 °С — для воды и 10—15 °С — для масла) В летнее время перепуск воды из го- Снижение мощности и топливной рячего контура в холодный и включе- экономичности из-за уменьшения ние топливоподогревателя подачи топлива за цикл и ухудшения характеристики подачи топлива. Возможны задиры плунжеров насосов и нарушение герметичности форсунок

215

О ко кон н ч ан ани и е та таб б л. 9 .4 Что нельзя допускать Возможные последствия нарушений Невключение маслопрокачивающего Задир подшипников дизеля, а также насоса перед пуском, а также после подшипников турбокомпрессора остановки дизеля (после остановки дизеля ротор турбины еще в течение 1 мин вращается) Заливку в работающий регулятор Местные прихватывания прецизион(горячий) холодного масла ных деталей и задиры Переворачивание пластинчатых Очищенная грязь тут же заносится фильтров при работающем дизеле обратно на пластины Невыпуск воздуха из масляных и топ- Завоздушивание систем, недостаточливных систем через пробки (краны) ная, с перерывами подача топлива, фильтров масла, воды Неоткрытие запорно-регулировочного Исключение центробежного очистиклапана центробежного очистителя, теля из системы очистки масла масла (дизели 14Д40, 11Д45, типа Д49) Пуск дизеля с отключенным или пе- Повреждение дизеля и другие нерекрытым блок-магнитом или выклю- предсказуемые последствия ченной аварийной защитой, с неподключенными приборами контроля температуры воды и масла, с перекрытыми вентилями (кранами) к расширительному баку, после срабатывания дифманометра до устранения причины появления давления в картере Резкую остановку дизеля (без край- Динамические перегрузки, выброс ней необходимости) воды через вестовую трубу и др. Невыполнение проворота коленчато- Скопление масла на головках поршго вала через 2–3 мин после останов- ней, что при пуске может привести к ки (дизели 2Д100, 10Д100) гидравлическим ударам и повреждениям деталей дизеля Работу дизеля при помпаже турбо- Разрушение турбокомпрессора (помкомпрессоров (помпаж — неустойпаж может возникнуть при засорении чивая работа турбокомпрессора, про- воздухоочистителей, закоксовании являющаяся в пульсации воздушного продувочньгх и выпускных окон потока и сопровождающаяся перио- втулок цилиндров, закоксовании дическим выбросом воздуха обратно соплового аппарата турбокомпрессов воздухоочиститель с характерными ров, повреждения лопаток турбины и хлопками) соплового аппарата, засорении воздухоочистителей, несимметричной работе двух параллельно работающих турбокомпрессоров)

216

Порядок смены масла в регу регуляторе ляторе После остановки дизеля слить отработавшее масло из регулятора через спускную трубу иди кран, залить в регулятор дизельное топливо и выпустить из сервомотора воздух через пробку на корпусе. Два-три раза передвинуть поршень сервомотора вниз-вверх для удаления воздуха из его масляной системы. Пустить дизель, поработав без нагрузки 3—5 мин при минимальной частоте, остановить дизель, слить масло из регулятора и залить свежее, опять удалив воздух из сервомотора и масляной системы. Вновь пустить дизель на 5—10 мин, слить масло из регулятора и окончательно заменить его свежим (авиационное масло МСМС-20 20 или МСМС-20С). 20С). Удалить воздух из регулятора.

Глава 10. ОСНО ОСНОВНЫЕ ВНЫЕ НЕИСПР НЕИСПРАВНОСТИ АВНОСТИ В ЭКСПЛУ ЭКСПЛУА АТАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТ СТАНО АНОВОК ВОК И МЕТ МЕТОДЫ ОДЫ ИХ ВЫЯВЛЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭКСПЛУ ЭКСПЛУА АТАЦИИ Во время эксплуатации локомотивная бригада должна постоянно контролировать работу дизель-генераторной установки и следить за показаниями контрольно-измерительных приборов. Рекомендации по контролю за работой дизеля, возможные неисправности и способы их устранения приведены ниже в табличной форме (табл. 10.1—10.4). Таб лица Табли ца 10. 10.1 1 Контроль за работой раб отой дизеля ло локо комотивными мотивными бриг а дами Операции

Признак нормального состояния и способ устранения неисправности

12 Перед пуском дизеля проверить: уровень масла в: картере дизеля

Не ниже нижней риски щупа

регуляторе частоты вращения

Между рисками стекла

компрессоре

Между рисками щупа

редукторах вентиляторов, бакфильтре гидроприводе, воздухоочистителях

Между рисками щупа или смотрового стекла

уровень воды в расширительном баке, бачках санузла и обмывки стекол кабины

Не менее 2/3 по водомерному стеклу

уровень жидкости в дифманометре На нулевой отметке положение: валопроворотного механизма

Червяк должен быть выведен из зацепления с колесом

предельного выключателя и аварийных

Привести в рабочее положение

218

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10.1 12 выключателей топливных насосов, Привести в нормальное положение кранов и вентилей систем реек топливных насосов и легкость В положении нулевой подачи топих хода лива наличие масла в воздушных реси- Удалить масло верах блока надежность: закрытия всех люков и крышек крепления дизель-генератора

Ослабшие закрепить То же

положение: стрелок приборов, контролирую- Должны быть на нуле щих давление и температуру воды, масла и топлива вилок терморегуляторов (теплово- Должны быть опущены зы ТЭП ТЭП60, 60, ТЭП ТЭП70) 70) состояние щеток, щеткодержателей и коллекторов тягового генератора и вспомогательных электрических машин

Не должно быть пыли, грязи, следов кругового огня и других повреждений

При пуске дизеля проверить: открытие и закрытие индикаторных кранов

Если пуск производится после стоянки свыше суток, открыть индикаторные краны и после проворота вала закрыть их

температуру масла

Разрешается пуск при температуре масла не ниже + 15°С (для тепловозов ТЭП60, ТЭП 60, ЧМЭЗ +20 °С)

После пуска дизеля проверить: равномерность работы дизеля частоту вращения вала дизеля разрежение в картере

При появлении ненормальных шумов и стуков дизель остановить По тахометру 5—50 мм вод. ст.

давление и температуру в системахПо приборам на пульте и в дизельном дизеля помещении нет ли утечек топлива, воды и масла по соединениям

219

Про Пр оОдо дол кон ко лнж чани ча ение ен ние ие е т аб абл. а бл. 10 10. 10.1 .1 12 В пути следования проверять: (работа под нагрузкой выше четвертой позиции контроллера разрешается по достижении температуры воды и масла 40–45 °С) Не реже чем через 1 ч работы дизеля проверять: уровень воды в баке Не ниже 50 мм герметичность соединений слив масла из подшипников При отсутствии слива работа дизеля турбокомпрессоров(10Д100) турбокомпрессоров( 10Д100) не допускается слив масла из наддувочных ресиве-Выброс брызг масла свидетельствует ров по штуцерам о переполнении бачков слива грязного масла уровень масла регулятора, редукторов, бак-фильтра каплепадение по сальникам водя- 30–100 капель в 1 мин ного насоса давление масла в редукторах и По манометрам компрессоре перепад давлений до и после Повышенный перепад давлений укафильтров зывает на засоренность фильтров нагрев редукторов, компрессоров, Рука, приложенная к нагретому корпусов топливных насосов, пе- металлу, выдерживает температуру не регрев воздушных коллекторов более 70–80 °С нет ли течи секций и коллекторов — охлаждающего устройства температуру выпускных газов по Разность показаний допускается цилиндрам (на полной мощности) не более 100 °С (тепловозы ТЭП ТЭП60, 60, ТЭП70), ТЭП 70), не более 80 °С (тепловозы 2М62, 2ТЭ116), не более 30 °С (тепловоз ТЭМ ТЭМ2) 2) нет ли посторонних шумов и При повышении шумов и стуков стуков при работе дизеля и других дизель остановить агрегатов

220

221

Метод устранения При работающем топливоподкачивающем насосе откройте вентиль на нагнетательной трубе и пробку на фильтре тонкой очистки топлива и выпустите воздух. Устраните подсос воздуха в топливной системе Очистите и промойте фильтры и сетку. Проверьте предохранительный и подпорный клапаны. Проверьте работу и включение топливоподогревателя и устраните неисправность

Таб Та б ли лица ца 10 10..2

1. Загрязнение фильтров грубой, тонкой очистки и сетки заборного устройства. 2. Заедание предохранительного и подпорного клапанов. 3. Низкая температура топлива (топливо загустело, не проходит через фильтры) Манометры с демпферами на щитке Закоксовался или засорился кольце- Поверните многократно иглу демпфера ДВ от одного упора до другого в дизельном помещении не показы- вой зазор иглы демпфера вают давления Снижение уровня охлаждающей Утечка рабочей жидкости из системы Немедленно снимите нагрузку и остановите дизель, найдите место жидкости в расширительном баке утечки и устраните течь. Дальнейшая эксплуатация допустима после дозаправки системы до необходимого уровня

Топливный насос (на дизеле) и топливоподкачивающий насос не создают нормального давления

Неисправность Вероятная причина Системы тепловоза 1. Стрелки мано- Попадание воздуха в топливную метров давления топлива вибрируют систему на щитке приборов в дизельном помещении

Возможные неисправност и дизел я тепловоза ТЭ ТЭП П70БС

222

Мало давление топлива до и после Загрязнение фильтра грубой очистки Промыть фильтр грубой очистки топлива фильтра тонкой очистки (1—1,5 кгс/ топлива 2 см ) Холодильник дизеля Перегрев рабочей жидкости Проверьте работу вентиляторов и жалюзи холодильника дизеля на Снимается нагрузка, загорается ручном управлении, устраните неиссигнальная лампа «Сброс нагрузки». правность Сработало термореле «горячего» или «холодного» контура Гидропривод вентиляторов 1. Не открываются жалюзи: Замените термореле. 1. Резко повышается температура неисправность термореле; «горячего» или «холодного» контура неисправность электропневмати- Замените вентиль. ческого вентиля ВВВВ-32Ш 32Ш

Неисправность Вероятная причина Метод устранения Вышел из строя топливоподкачива- 1. Вышел из строя электродвигатель. Продолжайте работать на основном топливном насосе. При выходе его ющий насос 2. Заклинило топливный насос. из строя следуйте до ближайшего 3. Разрушение упругого элемента остановочного пункта на аварийном муфты питании Недостаточное количество масла Утечка масла из системы. Устраните утечку масла. Долейте в картер масло до необходимого (ниже риски маслоуказателя) уровня

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.2 2

223

Вероятная причина Метод устранения 2. Вентилятор вращается с малой частотой: Замените перепускной клапан. завис золотник перепускного клапана; разрушение мембран преобразова-Замените мембраны. теля температуры или перепускного клапана; нарушение герметичности термо- Замените преобразователь темперасистемы преобразователя темпера-туры. туры или перепускного клапана; заклинило гидромотор или гидро- Замените гидромотор или гидронасос, или в случае отказа в работенасос и произведите осмотр вала привода насосов дизеля в соответредуктора гидронасосов ствии с требованиями руководства по эксплуатации дизель -генератора Промойте секции холодильника Температура “горячего” или Загрязнены секции холодильника “холодного”контура поддерживается дизеля или теплообменный аппарат. дизеля и проверьте их на время истечения при очередном техническом на предельном уровне при темпеИзнос гидромашин обслуживании. ратуре наружного воздуха не свыше Проверьте гидромашины на утечки 20—30 °С из корпусов при очередном техническом обслуживании Повышенная вибрация трубопровода Попадание воздуха в систему гидро- Устраните попадание воздуха во всасывающий трубопровод. гидропривода привода. В системе гидропривода остался воз-Запустите дизель и на холостых оборотах проработайте 15–20 мин до дух после ее заправки маслом полного удаления воздуха из системы

Неисправность

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.2 2

224

Вероятная причина Метод устранения Осмотрите масляный насос, проНеисправность масляного насоса. Недостаточный уровень масла в кар- верьте осевое перемещение сухого ротора, которое должно быть не тере редуктора более 0,15 мм. Осмотрите уплотнительные кольца, срезанные замените. Долейте масло. Контроль уровня производите по масломерному щупу Высокое давление масла по маномет-Засорение или зажатие выходного Прочистите сопла, увеличьте отверстия ру (свыше 6 кгс/см кгс/см2) 2) отверстия сопла Течь масла по горизонтальному валу Высокий уровень масла в картере. Понизьте уровень масла. Замените уплотнительные кольца и прокладки Выход из строя уплотнительных колец и прокладок Проверьте затяжку сопел и болтов. Течь масла в воздушную полость в Плохо затянуты сопла и болты, Замените уплотнительные кольца месте установки сопел и масляного крепящие насос. Выход из строя насоса уплотнительных колец Течь масла из контрольного отверс- Выход из строя уплотнений верти- Замените уплотнения тия над манометром кального вала Устраните выявленную неисправПуск дизеля ность. При включении автоматического С помощью дисплейного модуля Если он выбивает повторно, провыключателя «Топливный насос» валопределите неисправность. верьте цепь и устраните замыкание в топливного насоса не вращается: ней. Проверьте исправность автоматического выключателя. Тумблер включите. В случае неисправности тумблера замените его. Восстановите контакт

Неисправность Вентилятор ЦВС Нет давления масла по манометру

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.2 2

225

Контактор КМН включается, а контактор дизеля КД не включается

2. Нарушен силовой контакт контак- Восстановите контакт. тора КМН. 3. Неприлегание щеток к коллектору Устраните неисправность коллекторэлектродвигателя маслопрокачиваю- но-щеточного узла электродвигателя маслопрокачивающего агрегата. щего агрегата. 1) С помощью дисплейного модуля Замените катушку контактора или сам контактор, или произведите пуск определите неисправность. дизеля путем ручного включения 2) Обрыв в катушке пускового контактора КД или в его минусовой контакторов, используя деревянные ручки сигнальных флажков. цепи

Неисправность Вероятная причина Метод устранения Не включается контактор топливно- Выключен автоматический выклю- Включите автоматический выклюго насоса КТН чатель «Топливный насос», располо- чатель. Если он выбивает повторно, проверьте исправность цепи элекженный в высоковольтной камере тродвигателя топливного насоса (заклинен вал насоса из-за плохой центровки или произошло заедание звездочки) Включите выключатель. 2. При нажатии кнопки «Пуск дизе- 1. Выключен выключатель ля» вал дизеля не вращается: «Управление общее» на пульте ма- Устраните неисправность шиниста. Установите рукоятку контроллера не включается контактор масляного С помощью дисплейного модуля машиниста в нулевое положение. насоса КМН определите неисправность контактор КМН включается, но Выключен автоматический выклю- Включите автоматический выключатель. Если он выбивает повторно, электродвигатель маслопрокачиваю- чатель «Масляный насос» в цепи щего агрегата не включается электродвигателя масляного агрегатапроверьте цепь и устраните замыкание в ней. Проверьте исправность ЭМН. автоматического выключателя.

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.2 2

226

Неисправность Вероятная причина Метод устранения При нажатии кнопки «Пуск дизеля» Недостаточная емкость аккумулятор- Подзарядите аккумуляторную батавал дизеля проворачивается с недо- ной батареи или короткое замыкание рею от постороннего источника тока. статочным числом оборотов, дизель в одном из элементов аккумулятора Найдите неисправный элемент и отключите его постановкой перемычек. не пускается Разрешается выключение одновременно не более двух элементов. В депо неисправные элементы замените 4. После пуска дизеля не включается 1. Нарушена цепь контактора КРН. Проверьте и восстановите цепь. Замените контактор контактор КРН 2. Неисправен контактор КРН После пуска дизеля нет заряда бата- Выключен автоматический выклю- Включите автоматический выключатель. Если он выбивает повторно, то реи чатель «Заряд батареи» проверьте цепь и устраните замыкание в ней. Проверьте исправность автоматического выключателя Трогание тепловоза с места Устраните неисправность При установке рукоятки контроллера С помощью дисплейного модуля на 11-ю ю позицию тепловоз не трогает- определите неисправность ся с места — не включаются контакторы возбуждения КВГ КВГ1 1 и КВГ КВГ2 2 Восстановите контакты силовых гуКонтакторы КВГ КВГ1 1 и КВГ КВГ2 2 включиНарушен контакт силовых губок бок КВГ КВГ1 1 или КВГ КВГ2. 2. Если восстанолись, а генератор не нагружается контакторов КВГ КВГ1 1 или КВГ КВГ2 2 вить невозможно, поставьте надежную перемычку на зажимы проводов 3 и 4Ш контактора КВГ КВГ2, 2, 23Ш и 24 контактора КВГ КВГ1. 1. Перед остановкой поезда перемычку снимите

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.2 2

227

Пробой на корпус силовой цепи, сработала защита по сопротивлению изоляции высоковольтных цепей («+» или «–») «аварийное» сообщение на дисплее машиниста

Неисправность Сброс нагрузки

Вероятная причина С помощью дисплейного модуля определите неисправность

Метод устранения Устраните неисправность. Сообщение сбросить нажатием кнопки «КВИТИРОВАНИЕ» Установите контроллер на 11-ю ю позицию и продолжайте движение. Если защита повторно не срабатывает, то место нарушения изоляции находится в «минусе» силовых цепей. Осмотрите выпрямительную установку, провода и устраните неисправность. Если неисправность обнаружить не удалось, продолжайте движение. Если защита снова срабатывает, то место замыкания на корпус находится в «плюсе» силовых цепей. Выключите отключатели тяговых электродвигателей ОМ ОМ11-ОМ ОМ6 6 и установите контроллер машиниста на более вы-сокие позиции. Если реле заземления не включается, то место замыкания на корпус находится в плюсовых цепях питания тяговых электродвигателей. Включите отключатели ОМ ОМ11-ОМ ОМ6 6 и затем, поочередно выключая их, определите и отключите неисправный тяговый электродвигатель. После этого можно продолжать движение

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.2 2

228 Вероятная причина

2 Происходит сброс нагрузки при пе- 1. Давление масла дизеля 3 кгс/см реводе рукоятки контроллера с 1111-й й или ниже (см. сообщение на диспна 1212-ю ю позицию лее).

Неисправность

Метод устранения Соответствующие тумблеры ОМ ОМ11ОМ6 ОМ 6 должны быть выключены. Если защита включается и после выключения всех тумблеров ОМ ОМ11-ОМ ОМ6, 6, то место замыкания на корпус находится в «плюсе» силовых цепей между выпрямительной установкой, поездными контакторами или в тормозных резисторах. Осмотрите выпрямительную установку, провода, шины, тормозные резисторы и устраните неисправность. Если повреждение не обнаружите, то продолжайте движение. Но следует помнить, что такой режим является аварийным, и при первой возможности повреждение изоляции должно быть устранено в основном или оборотном депо. При движении следует следить за состоянием электрооборудования Проверьте температуру масла, работу холодильника, положение вентилей и плотность соединений труб масляной системы. Если не удалось довести давление масла до нормального, движение тепловоза продолжайте на 11-й 11й позиции рукоятки контроллера

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.2 2

229

Значительная просадка частоты вра-Заклинивание якоря индуктивного щения коленчатого вала дизеля (с по-датчика на максимальном упоре явлением черного дыма в выхлопе)

Вероятная причина 2. Нарушена регулировка реле давления масла РДМ РДМ2( 2(давление давление масла более 3 кгс/см кгс/см2). 2). 3. Подгорели контакты реле давления масла РДМ РДМ2 2 между проводами 21Д и 22Д Дизель перегружен См. аварийное сообщение на дисплейном модуле При переводе рукоятки контролле- Нарушен контакт в разъеме регура на 22-ю ю и последующие позиции лятора числа оборотов или обрыв число оборотов коленчатого вала не в цепи одной из катушек тягового возрастает. На некоторых позициэлектромагнита (МР МР11-МР МР4) 4) (см. ях имеет место резкое возрастание аварийное сообщение на дисплее оборотов машиниста)

Неисправность

Выключите выключатель «Управление тепловозом» и проверьте возрастание оборотов коленчатого вала в соответствии с позициями контроллера (по тахометру). Определите, какой электромагнит не включается. Осмотрите контакты. Закрепите разъем Отключите индуктивный датчик

Метод устранения Закоротите контакт реле РДМ РДМ2, 2, поставив перемычку между клеммами КлД21 КлД 21 и КлД КлД22. 22. Восстановите контакт или закоротите этот контакт перемычкой между клеммами КлД КлД21 21 и КлД КлД22. 22. Выясните причину и устраните ее

Про Пр о до дол л ение ен ие а бл. л. 10 10.2 10. О кон ко нж чани ча ние е ттаб абл. 10. .22

230

Табли Таб лица ца 10. 10.3 3 Причина неисправности Способ устранения Выпустить воздух из системы, очисПопадание воздуха в топливную тить, промыть или заменить фильсистему. Загрязнение фильтров. Заедание перепускного клапана в от- трующие элементы, восстановить крытом положении или предохрани- работу клапанов; включить топливотельного клапана. Низкая температу- подогреватель ра топлива, при которой загустевшее топливо не проходит через фильтр Дизель останавливается после прово-В камеру сжатия попало масло или Открыть индикаторные краны и провернуть коленчатый вал рачивания на пол-оборота, и напря- вода жение аккумуляторной батареи резко падает При нажатии кнопки «Пуск дизеля» Отключена подача топлива предель- Проверить и восстановить положевал вращается, но вспышек в цилин- ным регулятором, заедание плунжер-ние регулятора; отключить поводок рейки насоса драх нет ной пары какого-либо насоса или тяг системы управления, воздушная захлопка перекрывает проход к цилиндрам (дизель Д49) Частота вращения вала дизеля по по-Обрыв цепи одного из электромаг- Снять колпак регулятора, проверить зициям не соответствует номиналь- нитов или нарушен контакт в фишке на холостом ходу включение электной (не увеличивается) или резко регулятора; неисправен регулятор ромагнитов и соответствие частоты вращения позициям контроллера, изменяется при невозможности устранения неисправности перейти на ручное управление затяжкой всережимной пружины

Признаки неисправности Топливоподкачивающий насос не создает необходимое давление для пуска дизеля (0,15–0,25 МПа — стрелка манометра вибрирует)

Возможные неисправнос ти дизелей и способы их устра нения

231

Способ устранения Отключить неисправный насос; при неисправности более двух насосов снять нагрузку и остановить дизель; при отключении двух насосов запрещается работать на 3, 4, 5, 66-й й позициях контроллера Появление давления в картере (пока-Трещина или прогар поршня; полом- Немедленно остановить дизель и определить причину неисправности; зание дифманометра, выход дыма изка или выработка уплотнительных заменить уплотнительные кольца; заливочной горловины и неплотно- колец воздухонагнетателя; обрыв снять трубку; очистить маслоотдести люков картера) трубки слива масла из толкателя (дизель типа Д100); нет отсоса газов литель из-за засорения маслоотделителей системы вентиляции картера Дизель работает с дымным выпуском газов: темного цвета Неполное сгорание топлива (неис- Отключить неисправную форсунку правны топливные насосы и форсун- или насос; в депо очистить окна и ки), отложение нагара на выпускных турбокомпрессор от нагара; очистить фильтры; устранить дефекты и продувочных окнах, усиленное нагарообразование в турбокомпрессорах, засорение воздушных фильтров, малый угол опережения подачи топлива в цилиндры

Признаки неисправности Причина неисправности Повышенная течь топлива из слив- Вышел из строя топливный насос ной трубки форсунки или топливно- или форсунка (у неисправного насого насоса са выведенная из зацепления рейка не перемещается)

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.3 3

232

Причина неисправности Способ устранения Попадание масла в камеру сгоранияПосле остановки дизеля провернуть (дизель долго работал на холостом коленчатый вал на 1–2 оборота; не допускать длительной работы дизеля ходу, износ компрессионных поршневых колец больше допустимого без нагрузки; заменить поршневые предела); низкая температура воды кольца; очистить маслоотделитель в дизеле; низкое давление впрыска топлива форсункой Дизель работает неустойчиво, резкоепопадание воздуха в топливную сис- Промыть регулятор и сменить масло; колебание частоты вращения тему или регулятор; тугой ход или за-выпустить воздух из топливной сисклинивание реек топливных насосов темы и устранить подсос; устранить заедание реек Своевременно продувать дренажную Воспламенение масла в воздушном Скопление масла; не прочищена систему; сливать масло из отстойника коллекторе дренажная система Восстановить соединение Выброс масла из картера Разрушение дюритового рукава, сползание его с патрубков Проверить уровень масла в картере, Дизель идет вразнос (резко увеличи- Неисправен регулятор частоты вается частота вращения) вращения; заедание реек топливных устранить неисправности своими силами или в депо насосов; разъединение рейки топливного насоса от поводка; попадание масла в наддувочный воздух Течь воды по контрольным отверс- Нарушение уплотнения резиновы- Заменить уплотнительные кольца; заменить втулку тиям цилиндровых крышек (дизели ми кольцами цилиндровой втулки; 14Д40, 11Д45А), попадание воды в трещина цилиндровой втулки картер

Признаки неисправности белого или голубого цвета

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.3 3

233

Признаки неисправности Причина неисправности Способ устранения Снижение давления наддувочного Большое сопротивление на всасыва- Устранить причину повышенного воздуха, сопровождаемого повыше- ние (засорение воздухоочистителей); сопротивления; в депо очистить воздухоочистители, отремонтировать и нием его температуры низкая частота вращения ротора очистить детали турбокомпрессоров, турбокомпрессора из-за большого отложения нагара (тугое вращение отремонтировать дизель по инструкции ротора от руки); большое сопротивление на выходе газов от турбин (противодавление); нарушение регулировки момента подачи топлива, фаз газораспределения и т.п. Повышение давления наддува, со- Отложение нагара на лопатках со- В депо разобрать турбокомпрессор и удалить нагар провождаемое повышением темпера-плового аппарата колеса турбин туры выпускных газов Помпаж турбокомпрессора (резкое Некачественная сборка турбокомп- При незначительных нарушениях колебание давления наддува и глухиерессора и дизеля; перегрузки дизеля сборки помпаж устраняется переходом на забор воздуха из кузова теплохлопки в турбокомпрессоре) воза; перерегулировать регулятор на разгрузку, устранить дефекты сборки В депо заменить уплотнение Выброс через контрольное отверстиеНарушение уплотнения между крышки масла и газов цилиндровой крышкой и втулкой цилиндра Выброс масла через выпускные пат- Поломка или пригорание поршневых В депо устранить повреждение рубки (дизели 14Д40, 11Д45А) колец; ослабление болтов крепления головки и тронка поршня; трещина в тронке; неисправности в системе смазки подшипников турбокомпрессора

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.3 3

234

Признаки неисправности Причина неисправности Способ устранения Дымный выпуск и хлопки в турбоПрогар клапана или разрушение его Поочередно отключая топливные насосы, определяют неисправный компрессоре (дизели 14Д40, 11Д45А) тарелки; трещины в цилиндровой цилиндр по прекращению дымления; крышке; неисправность редукциустранить неисправность в депо онного клапана подвода масла к рычагам клапанов Отремонтировать в депо Стук в клапанном механизме Неисправность гидротолкателей; выкрашивание кулачковых шайб; излом шайб; излом штанг и пружин; обрыв шпилек крепления цилиндровых втулок Избыточное поступление масла в Неисправен слив массла от подшип- Своевременный профилактический наддувочный воздух ников турбокомпрессора; не работаетуход за турбокомпрессором, фильмаслоотделитель; засорены воздуш- трами, маслоотделителями, дренажные фильтры; неправильная регули- ным устройством ровка разрежения в маслоотделителе; неисправно дренажное устройство В депо заменить цилиндровый комПробой газов в водяную систему Трещина цилиндровой втулки по плект (дизели 14Д40, 11Д45А) отверстию шпильки крышки Отрегулировать частоту вращения При переходе на низшие позиции Занижение частоты вращения хо(22-ю ю и ниже) дизель останавливается лостого хода, низкое давление маслапо контрольному тахометру; снизить вследствие повышения его темпера- температуру масла туры

Про Пр о до дол л ж ен ение ие т а б л. 10. 10.3 3

235

Причина неисправности Способ устранения Ранний впрыск топлива в цилинд- Отрегулировать настройку геометриры; большие зазоры в шатунных и ческого начала подачи топлива; коренных подшипниках; износ выше в депо устранить неисправность допустимого поршней и втулок цилиндров Дизель не останавливается Заедание рейки топливного насоса Остановить дизель предельным выключателем, устранить заедание или регулятора Разрушение гидропривода одного из Обрыв нагнетательной трубы из-за Перевести систему на охлаждение контуров системы охлаждения (дизе- вибрации при некачественной сбор- одним вентилятором: отключить терморегулятор неисправного ли тепловозов ТЭП ТЭП60, 60, ТЭП ТЭП70) 70) ке; пробой прокладок фланцевых контура, заглушить нагнетательный соединений; поломка гидронасоса трубопровод неисправного контура (установить глухую прокладку между фланцами); снять заслонки с перегородки, разделяющей шахту; отсоединить тягу от штока пневмоцилиндра жалюзи неисправного контура; отсоединить пневмоцилиндр боковых жалюзи с одной стороны исправного контура; регулировать давление в гидосистеме исправного контура в зависимости от температуры воды дизеля и окружающего воздуха

Признаки неисправности Дизель сильно и равномерно стучит

Про Пр о до дол л ение ен ие а бл. л. 10 10.3 10. О кон ко нж чани ча ние е ттаб абл. 10. . 33

Табли Таб лица ца 10.4 Рек еком омендуе ендуе мые минималь ные темп темпера ературы туры во воды ды и масла пр при и пр прогрев огрев е и пе пере рево воде де ди дизеля зеля под нагр уз узку ку Температура, Позиции Режимы работы дизеля °С контроллера 2Д100, 40 4–8 Не допускается работа на нулевой 10Д 100 позиции свыше 30 мин. Время работы дизеля на нулевой 14Д40, 45 0–5 позиции не ограничивается. Работа 11Д45 под нагрузкой допускается сразу 1А-5Д49 45 0–6 после пуска, но не выше 44-й й пози2-2Д49 45 0–4 ции контроллера. Время прогрева ПД1М ПД 1М 40 5–6 на нулевой позиции — не более 3 ч, R6S310DR 40–50 0–4 на 66-й й — не более 40 мин. Работа под нагрузкой допускается сразу после пуска дизеля, но не выше 2-й 2й позиции. По достижении температуры 45 ° С нагрузку можно доводить до максимальной. После пуска дизеля проработать на нулевой позиции не менее 3–5 мин, затем перевести на высшие позиции. Разрешается работа на холостом ходу при 0–40–4-й й позиции не более 40 мин, на 5–85–8-й й — не ограничивается работа на нулевой позиции, допускается не более 20 мин Дизель

Рекомендуемая Рекоменду емая литера литература тура Основные источники 1. Правила Технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. — М.: ООО «Техинформ», 2013. — 520 с.: цв. ил. 2. Володин А.И. Локомотивные энергетические установки. М: Желдориздат, 2002. — 718 с. 3. Устройство и ремонт тепловозов: Учебник для нач. проф. У825 образования / Л.А. Собенин, В. И. Бахолдин, О.В. Зинченко, А. А. Воробьев. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 416 с. 4. Мукушев Т.Ш. Тепловоз ТЭМ ТЭМ2. 2. Конструкция и ремонт: Учебное иллюстрированное пособие. — М.: Маршрут, 2006. — 96 с. Дополнительные источники: 1. Тепловозы 2ТЭ10М, 3ТЭ10М: Устройство и работа /С.П. Филонов, А.Е. Зиборов, В.В. Ренкунас и др. М.: Транспорт, 1986. — 288 с. 2. Тепловоз 2ТЭ116/ 2ТЭ116/С.П. С.П. Филонов, А.И. Гибалов, В.Е. Быковский и др. М.: Транспорт, 1985. — 328 с. 3. Электронные образовательные ресурсы. 4. Организация работы локомотивных бригад при возникновении нестандартных ситуаций: Видеофильм. М.: ФГОУ «УМЦ ЖДТ», 2010. Средства массовой информации 1. Транспорт России (еженедельная газета). Форма доступа: www. transportrussia.ru. 2. Железнодорожный транспорт (журнал). Форма доступа: www. zdt-magazine.ru. 3. Международный информационный научно-технический журнал «Локомотив-информ». Форма доступа: railway-publish.com.

ОГЛАВЛЕНИЕ ОГ ЛАВЛЕНИЕ Список сокращений ......................................................................... 3 Введение ............................................................................................ 4 Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ ............................................................................. 5 1.1. Основы работы двигателей внутреннего сгорания .................. 5 1.2. Классификация двигателей внутреннего сгорания ................. 8 1.3. Способы зажигания топлива ................................................... 10 1.4. Способы смесеобразования в дизелях .................................... 11 1.5. Наддув дизелей ......................................................................... 13 Глава 2. ТЕОРИЯ ТЕПЛООБМЕНА ............................................ 17 2.1. Основные термодинамические процессы и циклы ............... 17 2.2. Индикаторные диаграммы рабочего процесса четырех- и двухтактных дизелей .................................................... 22 2.3. Горение топлива в цилиндрах дизеля .................................... 29 Глава 3. КОНСТРУКЦИИ ДИЗЕЛЕЙ ......................................... 37 3.1. Остов дизеля ............................................................................. 37 3.2. Коленчатые валы .................................................................... 46 3.3. Подшипники коленчатого вала .............................................. 49 3.4. Назначение, устройство и принцип действия газораспределительного механизма ............................................... 54 3.5. Шатунно-поршневая группа дизеля. Назначение, конструкция, принципы работы .............................. 65 Глава 4. ТОПЛИВОПОДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ..................... 79 Глава 5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА. НАЗНАЧЕНИЕ, КОНСТРУКЦИЯ, ПРИНЦИП РАБОТЫ .......................................................................................... 93 Глава 6. СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЕЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ .................... 124 6.1. Общие сведения ..................................................................... 124 6.2. Топливные системы ............................................................... 125 238

6.3. Масляные системы дизелей .................................................. 137 6.4. Водяные системы дизелей ..................................................... 153 Глава 7. СИСТЕМЫ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ И ВЫПУСКА ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ ............................. 169 7.1. Общие положения.................................................................. 169 7.2. Оборудование систем воздухоснабжения дизелей ............... 173 Глава 8. ОХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИВОДЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ ........................................... 190 8.1. Общие положения ................................................................ 190 8.2. Особенности охлаждающих устройств тепловозов 2ТЭ10М, ТЭП ТЭП70 70 и ТЭМ ТЭМ2 2 ............................................................. 191 8.3. Секции радиаторов охлаждающего устройства и теплообменники ........................................................................ 199 8.4. Водомасляный теплообменник ............................................. 200 8.5. Вентиляторные колеса и их привод ..................................... 201 8.6. Автоматическое регулирование температуры воды и масла дизеля .............................................................................. 204 Глава 9. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ...................................... 207 Глава 10. ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И МЕТОДЫ ИХ ВЫЯВЛЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ .................................................................. 218 Рекомендуемая литература ........................................................... 237

Учебное издание

Мукушев Турлыбек Шайзадинович

КОНСТРУКЦИЯ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА (ТЕПЛОВОЗЫ И ДИЗЕЛЬ-ПОЕЗДА) Тема 1.3. Энергетические установки тепловозов и дизель-поездов Учебное пособие

Подписано в печать 07.02.2019 г. Формат 60×841/ 16. Печ. л. 15,0. ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте» 105082, Москва, ул. Бакунинская, д. д.71. 71. Тел.: +7 (495) 739-00-30. e-mail: [email protected] http://www. umczdt.ru