Коленчатый вал состоит из рамовых и шатунных шеек, щек и соединительных фланцев. Рамовые шейки, щеки и шатунная шейка образуют колено, или кривошип (мотыль), вала (мотыль — старое название, имеющее широкое распространение). Расстояние от центра рамовой до центра шатунной шейки называется радиусом кривошипа. Коленчатый вал — одна из наиболее ответственных и напряженных деталей. Стоимость коленчатого вала составляет около 15% стоимости двигателя. Моторесурс двигателя обычно зависит от срока службы вала (до проточки или шлифовки его шеек).
К коленчатым валам судовых дизелей предъявляют требования обеспечения необходимой прочности, жесткости и износоустойчивости.
Вал нагружается силами давления газа и силами инерции поступательно движущихся и вращающихся масс и подвергается одновременному действию знакопеременных изгибающих и крутящих моментов. В результате воздействия этих сил и моментов материал вала «работает» на усталость. Усталость металла объясняется возникновением в наиболее слабом месте микроскопической трещины, которая под влиянием знакопеременной нагрузки растет, уменьшая расчетное сечение и вызывая рост напряжений. В итоге напряжения превышают предел прочности материала, вызывая быстрое разрушение деталей.
3. Механизм распределения.
Распределительный вал.
Привод клапанов (рис. 4) осуществляется от кулачных шайб 2 распределительного вала, на котором могут также крепиться кулачные шайбы 3 привода топливных насо-сов, шестерня / привода распределительного вала, привода центро-бежного регулятора частоты вращения и др. Распределительный вал отковывают из стали. У высокооборотных двигателей малой и средней мощности кулачные шайбы изготовляют за одно целое с валом. У малооборотных двигателей шайбы устанавливают на валу с прессовой посадкой и фиксируют шпонками. Вал лежит на разъемных опорных подшипниках. Концевой подшипник воспринимает осевое усилие от привода, поэтому его выполняют опорно-упорным.
Рис. 4. Распределительный вал
На распределительном валу реверсивного двигателя устанавливают два комплекта кулачковых шайб: один — для работы двигателя на передний ход, другой — для работы на задний ход. Профиль кулачковой шайбы может быть образован различными кривыми. Он должен обеспечивать плавное набегание и сбегание ролика толкателя на выступ кулачной шайбы, быстрое открытие и закрытие клапана. При равноплечих клапанных рычагах высота профиля h равна высоте подъема клапана hн. В высокооборотных двигателях для уменьшения сил инерции, действующих в частях клапанного механизма, стремятся уменьшить перемещение штанги толкателя. С этой целью применяют неравноплечие рычаги, при этом высота профиля кулачковой шайбы h — 0,8hK, где 0,8 — отношение плеч клапанных рычагов.
Впускные и выпускные клапаны. Впускные и выпускные клапаны во время работы подвергаются действию высоких температур и значительным динамическим нагрузкам. Температура впускных клапанов 300—400 °С, выпускных 600—800 °С, поэтому материал для клапанов должен отличаться износоустойчивостью, сохранять необходимую механическую прочность при высоких температурах и противостоять газовой коррозии. Впускные клапаны изготовляют из легированных сталей 40ХН, 50ХН, 65ХН, выпускные — из жаростойких хромоникелевых сталей ЭЯ2, ЭН107, ЭН69 и др. Для повышения износоустойчивости тарелок клапанов на поверхности фаски клапана делают наплавку сверхтвердых сплавов типа стеллита толщиной 0,7—1,5 мм. Клапанные пружины выполняют из высокоуглеродистых марганцовистых или кремнемарганцовистых сталей (60Г, 50ХФА, П1). Для лучшего наполнения и очистки цилиндра проходные сечения клапанов должны быть наибольшими.
У четырехтактных малооборотных двигателей в крышке цилиндра располагают два клапана: впускной и выпускной. В высокооборотных двигателях, у которых скорость поршня 7—8 м/с, устанавливают два впускных и два выпускных клапана, при этом увеличивается общее проходное сечение клапанов, уменьшаются масса, а следовательно, и силы инерции в механизме газораспределения, улуч-шаются условия теплоотвода от клапана. В двухтактных двигателях с прямоточно-клапанной продувкой в зависимости от скорости поршня и конструкции двигателя в крышке цилиндра располагают от одного до четырех выпускных клапанов.
/Впускные и выпускные клапаны можно ставить непосредственно в крышке цилиндра или в отдельном корпусе. При установке клапана непосредственно в крышке можно увеличить диаметр тарелки клапана примерно на 20 %, что очень важно для высокооборотных двигателей. Однако чтобы заменить или притереть клапан, необходимо снимать крышку цилиндра.
Клапаны, установленные в корпусах, сложнее по конструкции, имеют меньшее проходное сечение, но удобнее в эксплуатации, так как их легко заменить запасным комплектом. Выпускной клапан двухтактного двигателя установлен в корпусе 7, имеющем полость 8, куда из крышки цилиндра поступает охлаждающая вода. Гнездо клапана 9 выполнено из жаростойкого чугуна и прижимается корпусом клапана к расточке цилиндровой крышки. Шток 5 клапана двигается в направляющих втулках 11, он смазывается маслом, поступающим из цилиндра 4 гидропривода. При попадании масла на рабочее поле клапана может образоваться нагар. Во избежание этого на штоке клапана крепится защитный кожух 10, который защищает также направляющие штока от действия горячих газов. На посадочную конусную поверхность клапана наварено покрытие из износоустойчивого жаростойкого сплава.
У клапана, поставленного непосредственно в крышке цилиндра, теплоотвод осуществляется через опорное гнездо клапана, расточенное в крышке, и через шток и его направляющие к воде, охлаждающей крышку цилиндра.
Пружины клапанов должны обладать достаточной жесткостью, чтобы предотвратить отрыв клапана от гнезда в результате действия сил инерции, возникающих в поступательно движущихся частях клапанного привода. Для большей надежности часто устанавливают несколько пружин меньшей жесткости, суммарная сила которых больше сил инерции. За счет уменьшения жесткости пружин повышается их работоспособность. Тарелка клапана должна иметь достаточную жесткость и хорошую обтекаемость.
Привод выпускного клапана (лист 100) устроен следующим образом. Выпускной клапан получает привод от симметричной кулачной шайбы 16 на распределительном валу через штангу 21 и рычаг 11. Особенностью привода является отсутствие в нем тепловых зазоров при работе двигателя.
Ролик 15 имеет двухрядный игольчатый подшипник 31. Полый палец 28 (см. разрез по В—В) с продольными прорезями по концам свободно вводится в проушины стальной литой направляющей 27 и закрепляется в них при помощи распорных стальных втулок 34 с закрытыми торцами.
Осевое смещение пальца предотвращается наличием стопорного винта 35.
Направляющей толкателя служит корпус 12 привода выпускных клапанов. Поворачивание толкателя предотвращается наличием шпонки 26 на винтах, которая скользит в пазе направляющей.
В корпусе 23 размещено маслосъемное кольцо 22 с обжимной спиральной пружиной.
Штанга имеет в верхней части резьбу для штыря 20, который является опорой пальца 19. Палец, соединенный с рычагом болтом 17, имеет фиксирующие шайбы 18.
В холодном состоянии двигателя поворотом штанги относительно штыря устанавливается требуемый зазор между левым концом рычага и торцом штока клапана (Х=0,2 мм).
Автоматический выбор тепловых зазоров в приводе осуществляется устройством, состоящим из поршня 13, ограничительной шайбы 24, цилиндра 14, невозвратного клапана в сборе Т и пружины 25. Пружина прижимает поршень к нижнему торцу штанги и цилиндр к толкателю.
Клапан 3 (узел Т) с легкой пружиной / имеет направляющую 2, запрессованную в днище цилиндра демпфера. Полость под цилиндром 14 сообщена с системой циркуляционной смазки двигателя отверстием М. Из полости под цилиндром масло через клапан поступает в полость под поршень 13, создавая гидравлическую подушку в системе привода.
При запуске двигателя тепловое расширение штока выпускного клапана вначале выбирает зазор X. Последующее удлинение штока уменьшает толщину масляной подушки в демпфере.
За каждый оборот двигателя масло, выжатое из полости под поршнем, через неплотности в период открытия выпускного клапана (наибольшая осевая нагрузка на штангу) пополняется
через невозвратный клапан в период, когда выпускной клапан закрыт. При закрытии выпускного клапана пружина 25 отжимает поршень со штангой вверх, в результате чего создаются условия для пополнения утечки масла из полости под цилиндром 14,
Стальной литой рычаг 11 с запрессованной бронзовой втулкой 32 (см. разрез по А—А) имеет осью качания полый стальной цалец 36, закрепленный в проушине стальной литой стойки на крышке цилиндра. Осевое смещение пальца и его проворачивание предотвращается планкой 29, закрепленной болтом. На левый рабочий конец рычага // наплавлен твердый сплав.
В рычаге размещен палец 4 (см. разрез по Л—Л) с бронзовыми втулками 5 для кронштейнов 7, приваренных к промежуточной шайбе пружин. Дополнительно шайба соединена со стойкой 9 тягами 8, осью качания которых являются цапфы 33. Наличие кронштейнов и тяг снижает поперечные вибрации пружин.
Смазка рычага привода выполняется от масленки 10 по сверлениям и трубкам 6. Периодически скапливающееся масло в ванне стойки отводится через кран 30. Смазка к направляющей 27 подводится через систему сверлений по штуцерам, ввернутым в отверстия О и К (см. сечение П—П).
4. СИСТЕМА ПОДАЧИ ВОЗДУХА В ЦИЛИНДРЫ
Впускной трубопровод, или ресивер, служит для подвода воздуха в цилиндры двигателя. В четырехтактных двигателях без наддува воздух засасывается в ресивер из машинного отделения или может приниматься с палубы по специальному трубопроводу. В двигателях с наддувом и в двухтактных двигателях воздух нагнетается в цилиндры воздухонагнетателями. Для уменьшения колебаний давления объем ресивера делают достаточно большим, проходное сечение должно обеспечить скорость воздуха не более 20 м/с. Внутри ресивера в двигателях с наддувом устанавливают воздухоохладители.
