ООО"ФилАвто"   г.Энгельс

8(8453)771368,   8(8453)711439   filavto@yandex.ru

 

 

      Нагрузки на узлы и детали дизеля. Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.

Механические нагрузки. Во время работы дизеля его узлы и детали испытывают механические нагрузки, вызываемые дейст­вием главным образом сил расширяющихся газов Рг, сил инерции Pj поступательно движущихся масс и центробежных сил инерции Рц неуравновешенных вращающихся масс.
Дополнительные нагрузки возникают при монтаже деталей, а также при деформации фундаментной рамы дизеля вследствие де­формации корпуса судна.
Сила газов, действующая на стенки и крышку цилиндра, а также поршень (рис. 1.5, а), изменяется в зависимости от угла поворота коленчатого вала и для любого положения поршня мо­жет быть определена по индикаторной диаграмме.
Сила РГ, действующая на стенки цилиндра, стремится разор­вать его вдоль образующей.
Сила + Рг, действующая на поршень, направлена вниз, нагру­жает детали КШМ и нижние половины рамовых подшипников (на каждый подшипник действует сила +Рг/2) и вызывает реакции Рг/4, изгибающие поперечные и продольные балки фундаментной рамы.
Сила — РТ, действующая на крышку цилиндра, стремится ее изогнуть, разорвать шпильки крепления % крышки к цилиндру,

цилиндра к станине и станины к раме, разорвать цилиндр и ста­нину.                                                                                                                                                   "! . :¦ ' .
Две равные и противоположно направленные силы тРт и — Рг взаимно уравновешиваются (замыкаются внутри остова) и на су­довой фундамент не передаются.                                                                                                                                                   .                                                                                                                                                   ^
Сила инерции Р) поступательно движущихся масс (поршне­вая группа и верхняя часть шатуна) действует в направлении оси цилиндра и изменяется по значению и направлению в зависи­мости от угла поворота вала (рис. 1.5, б).
Скорость поршня в ВМТ и НМТ равна нулю, а в средней части хода достигает наибольшего значения, поэтому сила инерции в мертвых точках максимальная, а при наибольшей скорости поршня — равна нулю и изменяет свое направление. При этом на пер­вой половине хода поршня от ВМТ сила Pj направлена вверх и препятствует движению поршня (работа сил/инерции отрицатель­ная), а на второй половине хода:— направлена вниз и способст­вует движению поршня (работа сил инерции положительная). В результате работа сил инерции за цикл равна нулю. Поэтому силы инерции на мощность дизеля непосредственно не влияют, но увеличивают силы трения, на преодоление которых затрачивает­ся часть мощности, нагружают детали дизеля и вызывают его вибрацию.                                                                                                                                                   <                                                                                                                                                   !
 Центробежная сила инерции Рц неуравновешенных вращаю­щихся масс (нижняя часть шатуна, кривошипная шейка и часть щек кривошипа коленчатого вала) при данной частоте вращения постоянна по значению и направлена от центра вала по радиусу кривошипа (см. рис: 1.5, б).  Силу Рп можно перенести по линии ее действия на ось вала и разложить на вертикальную и гори­зонтальную Рцг составляющие.

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.
Рис. 1.5. Механические нагрузки на детали дизеля
I л
В четырехтактном дизеле на части ходов выпуска и напол­нения в районе ВМТ силы Pj и Рцв направлены вверх и зна­чительно превышают силу Рг, что вызывает перекладку зазоров (изменение их положения) в подшипниках шатуна. В результате в подшипниках возникают дополнительные ударные нагрузки, а в стержне шатуна и в шатунных болтах — растягивающие' на­пряжения. При этом рамовые шейки коленчатого вала могут оста­ваться на нижних половинах подшипников, так как направленные вверх силы инерции на одном кривошипе уравновешиваюся на­правленной вниз силой, действующей на соседние кривошипы. Однако при некоторых условиях (число цилиндров, порядок вспы­шек, режим работы дизеля и др.) рамовые шейки вала могут от­рываться от нижних половин подшипников. В этом случае силы Pj и РЦв в течение каждого оборота вала попеременно нагружают нижние и верхние половины рамовых подшипников и стремятся то прижать раму дизеля к судовому фундаменту, то оторвать от него, растягивая фундаментные болты. Возникающие при этом ре­акции (Pj -г Рцв)/4 изгибают поперечные и продольные балки фундаментной рамы в вертикальной плоскости (см. рис. 1.5, 6).
На части хода сжатия силы Pj и РЦв превышают силу РТ не­значительно, а в районе НМТ направлены вниз, поэтому пере­кладки зазоров в подшипниках не происходит, но сады инерции дополнительно нагружают подшипники и стержень шатуна, а также нижние половины рамовых подшипников, прижимая раму дизеля к судовому фундаменту,
В двухтактном дизеле сила инерции Pj в районе ВМТ теорети­чески всегда меньше силы действия газов Рг, а в районе НМТ направлена вниз, поэтому положение зазоров в подшипниках не изменяется. Однако у двухтактных дизелей с большими массами поступательно движущихся частей и повышенной частотой вра­щения вала во время хода сжатия сила
Р  = fcm/i2,
*
     '
где k — коэффициент пропорциональности; т — масса поступательно дви­жущихся частей; л — частота вращения вала,
         I
может превысить силу Рг и изменить положение зазоров в под­шипниках.
Горизонтальная составляющая центробежной силы инерции Рдг (см. рис. 1.5,6) нагружает рамовые подшипники, стремится изогнуть продольные балки рамы в горизонтальной плоскости, срезать фундаментные болты и сместить дизель в горизонтальном направлении то к одному, то к другому борту судна.
Во время работы дизеля сила действия газов и инерции дей­ствуют одновременно. Алгебраическая сумма (с учетом знака)
сил, действующих; по оси цилиндра и воспринимаемых деталями КШМ, называется движущей силой, т. е. Р = Рг ± Pj. Направ­ление силы Р определяется направлением силы Р}. Если Р}, > Рг и направлена вверх, то сила Р также направлена вверх, i Движущая сила Р приложена к центру головного соединения, действует по оси цилиндра и может быть разложена на две со­ставляющие (рис. 1.5, в): силу Рт, направленную по шатуну, и. боковую (нормальную) силу F, перпендикулярную оси цилин­дра. Силу Рш перенесем по линии ее действия на ось кривошипной шейки вала (точка Л) и разложим на две составляющие: тангенци­альную силу Т, касательную к окружности, описываемой радиу­сом кривошипа, и радиальную силу Z, направленную по этому радиусу. Силу Z перенесем по линии ее действия в центр О колен­чатого вала и приложим к центру вала две равные, но противо­положно направленные силы Т' и Т", параллельные и равные силе Т. Сложив силы Т" и Z", получим равнодействующую силу Рш, которую разложим на вертикальную Р" и горизонтальную F" со­ставляющие. Очевидно, что Рщ Рш, Р" •"= Р, F” ~ F.
 Нормальная сила F (F— Fr -5z F) переменна по значению и направлению. У тронкового дизеля (поршень соединен с шатуном  при помощи поршневого пальца) сила F прижимает направляю­щую часть поршня к стенке цилиндра, а у крейцкопфного дизеля (поршень соединен с шатуном при помощи поршневого штока и крейцкопфа) — ползун крейцкопфа к его направляющей.
Пара сил F к F" с плечом Н создает опрокидывающий момент тИопр. равный вращающему моменту Л4В, но направленный в противоположную сторону. Вследствие изменения силы F и пле­ча Н момент Л40[,р в течение оборота вала изменяется по значению и направлению и вызывает раскачивание дизеля, т. е. стремится опрокинуть его то в одну, то в другую сторону. В результате сов­местного действия силы F и момента Моар происходит перекладка поршня в цилиндре (или ползуна крейцкопфа) с борта на борт, рабочая поверхность цилиндра подвергается изнашиванию, остов дизеля — изгибу, а фундаментные болты правой и левой сторон рамы дизеля попеременно испытывают растягивающие напряже­ния.
Сила Рш (Рш = Ршг ± Рщ), действующая по оси шатуна, сжимает его стержень и нагружает подшипники (см. рис. 1.,5 в).
Тангенциальная сила Т (Т — Тг ± Tj) и сила Т’ образуют пару сил с плечом R, момент Мв которой (вращающий момент) приводит во вращение коленчатый вал, вызывая в нем скручиваю­щие напряжения. Вертикальная составляющая силы Рш сила Р* — Р представляет собой движущую силу.
*    J      *
Под действием рассмотренных механических нагрузок элемен­ты дизеля деформируются, и в них возникают механические напря­жения. Значения этих напряжений и деформаций, их изменениехарактеризуют механическую нщ пряженность дизеля, определяю­щую работоспособность его уз­лов и деталей.

рис. 1.6. Распределение температур по поверхностям и толщинам стенок деталей ЦПГ
Термические нагрузки. На детали цилиндропоршневой группы (ЦПГ) — поршень, втул­ку, крышку — воздействуют на­грузки вследствие высоких тем­ператур газов. Воспринимаемый деталями поток теплоты отво­дится через стенки в охлаждаю­щую воду или масло. Процессу теплоотвода препятствуют тер­мические сопротивления, возни­кающие из-за передачи теплоты через толщу металла стенки. Вследствие неодинаковых усло­вий подвода теплоты от газов к разным участкам втулки (рис* 1.6, а), поршня (рис. 1.6, ^б) и крышки, неодинаковых условий охлаждения и различных тер­мических сопротивлений температуры по поверхностям и тол­щинам стенок этих деталей распределяются неравномерно. При этом, чем больше тепловой поток q, проходящий через стенку дета­ли, больше толщины стенки 6 и доеньше коэффициент теплопровод­ности X материала стенки, тем неравномернее распределяются температуры по поверхности и объему детали.
В общем случае каждый элемент стенки детали будет иметь температуру (рис, 1.6, в): ср стороны газа — /ст, со стороны ох­лаждающей воды (масла) — t'cr и среднею температуру & по толщине. Наличие перепадов температур At = t'CT — /ст вызы­вает появление в деталях термических напряжений, которые сов­местно с напряжениями от механических нагрузок определяет их общее напряженное состояние.
q6
(l.i)
ot—AAt
где А — постоянная, характеризующая физические свойства материала.
Физическая сущность возникновения термических напряже­ний состоит в следующем. Если медленно и равномерно по объему нагревать свободно лежащий на опорах брус, то будет происхо­дить его свободное тепловое удлинение, и термические напряжения в нем не возникают. Если же брус установить между жесткими опорами, то при нагревании в нем возникнут напряжения сжатия.
Термические напряжения при нагревании стенки с одной стороны и охлаждении с дру­гой (см. рис. 1.6, в) более горячие слои металла со стороны газа \(tr) стремятся расшириться относительно более холодных слоев со стороны воды (tв), которые сопротивляются растягивающим усилиям. В результате в горячих слоях возникают напряжения сжатия, а в холодных — напряжения растяжения. Под действием этих напряжений стенка деформируется (в сторону более горячих слоев).                
Работоспособность деталей ЦПГ зависит не только от терми­ческих напряжений в них, но и от максимальных и местных темпе­ратур, так как с увеличением температуры снижается прочность металла, создаются условия для интенсивного нагаро- и лакооб- разования, ухудщения теплопередачи и условий смазки.

 


 

 
 
         
 

 

 

Наши контакты

адрес:

Саратовская обл., г.Энгельс, Промзона

телефоны:

8(8453)77-13-68

89020483620

e-mail:

filavto@yandex.ru

 
Яндекс.Метрика