Кшм дизельных двигателей грузовых автомобилей
Кшм дизельных двигателей грузовых автомобилей
Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.
Все детали кривошипно-шатунного механизма размещаются в блок-картере. Кинематика механизма определяется его основными размерами: радиусом кривошипа (70 мм) и длиной шатуна (250 мм).
Основные детали кривошипно-шатунного механизма – поршни с поршневыми кольцами и пальцами, шатуны, коленчатый вал и маховик.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Поршни отлиты из алюминиевого сплава. Камера сгорания тороидальной формы, открытого типа. В поршнях имеются канавки под установку компрессионных и маслосъемных колец; три – для компрессионных, одна – для маслосъемного кольца. Схема установки колец на поршень приведена на рисунке. Канавка под верхнее компрессионное кольцо упрочнена плазменным переплавом с легированием, что позволяет повысить износостойкость сопряжения кольцо – канавка. Для слива масла, снимаемого маслосъемным кольцом со стенки цилиндра, в канавке под маслосъемным кольцом выполнены отверстия. В двух бобышках поршня расточено отверстие под поршневой палец. Для подвода масла к пальцу в бобышках поршня предусмотрены отверстия.
На юбках поршней имеются прорези для прохождения маслоподводя-щей трубки.
Поршни сортируют по массе и наружному диаметру юбки. При установке на дизель их подбирают по массе и размерной группе. Поршни и гильзы устанавливают одинаковой размерной группы. Техническая характеристика поршней приведена в таблице, а расположение меток маркировки – на рисунке 10.
Поршневые кольца. Компрессионные кольца выполнены из чугуна. Первое и второе кольца по наружному диаметру хромированы. Замки всех колец прямые. Для предотвращения прорыва газов замки устанавливают на равных расстояниях один от другого по окружности и не располагают против отверстий под поршневой палец.
Маслосъемное кольцо состоит из двух хромированных по наружному диаметру стальных колец-сегментов и тангенциального расширителя. Последний устанавливают так, чтобы усики замка расположились внутри верхней и нижней полочек расширителя, а сам замок стыковался с вертикальными перегородками. Нахлест волн расширителя не допускается. Между верхней и нижней стенками канавки и расширителем устанавливаются два кольца-сегмента. Замки колец-сегментов не должны совпадать.
Комплект колец на дизель СМД-31 – 23-0306-1, а на СМД-23/24-23-0306.
Шатуны двутаврового сечения, изготовлены из хромоникелевой стали (чертежный номер 23-03с2). В верхнюю головку шатуна запрессована втулка. Для подвода масла к поршневому пальцу в верхней головке шатуна просверлены отверстия.
Шатуны сортируют на восемь групп по массе. На дизель устанавливают шатуны только одной группы.
Шатунные подшипники, биметаллические (сталь-бронза). Диаметр вкладышей шатунных подшипников выполнен в соответствии с производственными (номинальными) размерами шатунных шеек коленчатого вала. Обозначение комплекта шатунных вкладышей на один дизель СМД-31 – А23.01-84-31 сбЛ, а на дизели СМД-23/24 – А23.01-84-19/22сбЛ. Для обозначения номинала к обозначению комплекта добавляются обозначения Н1, Н2, Р1 и т.д. до Р4. Например, А23.01-84-19/22сбЛН1. Обозначение одного шатунного вкладыша А23.01-8403.
Коленчатые валы. На коленчатом валу дизеля СМД-31 выполнено семь коренных и шесть шатунных шеек, расположенных под углом 120°. Щеки вала составляют одно целое с противовесами. На коленчатом валу дизелей СМД-23/24 пять коренных и четыре шатунные шейки, расположенные в одной плоскости.
Коренные и шатунные шейки коленчатых валов шести- и четырехцилиндровых дизелей имеют одинаковые размеры.
Валы изготавливают двух производственных размеров (номиналов). При ремонте коренные и шатунные шейки шлифуют до ремонтных размеров.
Маховики и устанавливают на задний фланец коленчатого вала для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала, вывода поршней из мертвых точек и облегчения пуска дизеля.
В связи с применением на комбайнах безмуфтовой передачи крутящего момента на рабочие органы на дизели СМД-31 и СМД-23/24 устанавливают маховики 31-04сБ-1-01 и 23-04сб-1-01, от которых крутящий момент передается через шлицевые втулку и вал.
При установке муфт сцепления на дизелях устанавливают соответственно маховики 31-04сб-1 и 24-04сб-1, отличающиеся от предыдущих только комплектацией и отдельными крепежными деталями.
Шкив отбора мощности с переднего носка коленчатого вала. На дизелях СМД-31 и СМД-23/24 применена конструкция шкива, устраняющая влияние изгибающего момента (от усилия натяжения ремней ходовой части) на передний носок коленчатого вала. На конусную часть переднего носка коленчатого вала установлено водило, закрепленное шпилькой. С водила через упругие элементы, выполняющие также роль демпфера крутильных колебаний, крутящий момент передается шкиву отбора мощности на привод ходовой системы комбайна, привод вентилятора и шестеренного насоса гидросистемы. Шкив вращается на подшипниках, установленных на опоре, которая прикреплена к крышке картера зубчатых колес.
На дизель СМД-31.01 устанавливают шкив отбора мощности только на привод водяного насоса и гидронасоса НШ32А-3 с демпфером крутильных колебаний.
Техническое обслуживание кривошипно-шатунного механизма. При
нормальных условиях работы и правильном обслуживании дизеля и его агрегатов износ деталей кривошипно-шатунного механизма незначителен и надежная его работа обеспечивается в течение всего ресурса дизеля.
Для предупреждения преждевременных износов деталей дизель подвергают приработке (обкатке) с постоянно увеличивающейся нагрузкой. При этом трущиеся поверхности деталей постепенно приближаются к расчетным геометрическим параметрам. Загружать на полную мощность новый или отремонтированный дизель можно после его обкатки на комбайне с постепенно увеличивающейся нагрузкой в течение 30 ч.
Непрогретый дизель не может развивать полной мощности из-за нарушения процесса смесеобразования и сгорания топлива, а также из-за резкого ухудшения условий смазывания. При работе под нагрузкой непрогретого дизеля увеличивается изнашивание его деталей, в первую очередь гильз, поршней и поршневых колец, а также происходит осмоление этих деталей.
Для длительной и бесперебойной работы кривошипно-шатунного механизма необходимо выполнять следующие правила:
перед работой под нагрузкой прогреть дизель на холостом ходу.
И только при достижении температуры охлаждающей жидкости в системе 50 °С можно увеличивать нагрузку (например, начинать движение комбайна на низших передачах);
– в холодное время года для ускорения прогрева дизеля подогреть охлаждающую жидкость;
– не допускать длительной работы дизеля на минимальной частоте вращения холостого хода;
не допускать длительной работы дизеля с перегрузом, а также с неисправностями, вызывающими перегрев охлаждающей жидкости; – не допускать работы дизеля со стуками, дымным выпуском, а также с низким давлением масла в главной масломагистрали, так как это может привести к выходу из строя деталей цилиндропоршневой группы;
применять для смазывания деталей только рекомендованные сорта моторных масел.
Обязательная операция технического обслуживания кривошипно-шатунного механизма – своевременная доливка и замена масла в нижней крышке блок-картера.
Техническое обслуживание шкива отбора мощности заключается в смазывании подшипников чёрез масленку и замене упругих демпферных втулок.
Смазывание подшипников проводят через 60 моточасов. При этом необходимо торцовым ключом отвернуть контрольную пробку и рычаж-но-плунжерным шприцем подать смазку “Литол-24” до появления ее из контрольного отверстия. После чего прекратить нагнетание и закрыть контрольное отверстие.
Демпферные втулки меняют через 480 моточасов. При этом следует отвернуть гайки 4 и 5, снять водило с пальцами и упругими втулками, отвернуть гайки крепления пальцев, снять пальцы, отвернуть болты крепления прижимных шайб, снять втулки, установить новые втулки. Сборку производят в обратной последовательности.
Гайки крепления водила следует затягивать моментом 400… 430 Н • м.
Устройство кривошипно-шатунного механизма
В соответствии с предназначением кривошипно-шатунный механизм (сокращенное название – КШМ) воспринимает давление газов, возникающих при сгорании топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя, и преобразует его в механическую работу по вращению коленчатого вала.
Кривошипно-шатунный механизм состоит из поршней с шатунами, соединенных с коленчатым валом. Поршни перемещаются в гильзах (втулках) цилиндров.
Устройство кривошипно-шатунного механизма (Изображение 1)
1. вкладыш шатунного подшипника
2. втулка верхней головки шатуна
3. поршневые кольца
4. поршень
5. поршневой палец
6. стопорное кольцо
7. шатун
8. коленчатый вал
9. крышка шатунного подшипника
Поршень воспринимает давление расширяющихся при высокой температуре газов и передает его на шатун. Поршень изготавливается из алюминиевых сплавов. Возвратно-поступательное движение поршня осуществляется в гильзе цилиндра.
Поршень состоит из единых головки и юбки. Головка поршня может иметь различную форму (плоскую, выпуклую, вогнутую и др.), в ней также может быть выполнена камера сгорания (дизельные двигатели). В головке нарезаны канавки для размещения поршневых колец. На современных двигателях используется два типа колец: маслосъемные и компрессионные. Компрессионные кольца препятствуют прорыву газов в картер двигателя. Маслосъемные кольца удаляют излишки масла на стенках цилиндра. В юбке выполнены две бобышки для размещения поршневого пальца, который соединяет поршень с шатуном.
Шатун передает усилие от поршня к коленчатому валу, для этого он имеет шарнирное соединение и с поршнем и с коленчатым валом. Шатуны изготавливаются, как правило, из стали путем штамповки или ковки. Шатуны двигателей спортивных автомобилей отлиты из сплава титана.
Конструктивно шатун состоит из верхней головки, стержня и нижней головки. В верхней головке размещается поршневой палец. Предусматривается вращение поршневого пальца в головке шатуна и бобышках поршня. Такой палец имеет название «плавающий». Стержень шатуна имеет двутавровое сечение. Нижняя головка выполнена разборной, что позволяет обеспечить соединение с шейкой коленчатого вала. Современной технологией является контролируемое раскалывание цельной нижней головки шатуна. Благодаря неповторимой поверхности излома обеспечивается высокая точность соединения частей нижней головки.
Коленчатый вал воспринимает усилия от шатуна и преобразует их в крутящий момент. Коленчатые валы изготавливаются из высокопрочного чугуна и стали. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками. Щеки выполняют функцию уравновешивания всего механизма. Коренные и шатунные шейки вращаются в подшипниках скольжения, выполненных в виде разъемных тонкостенных вкладышей. Внутри шеек и щек коленчатого вала просверлены отверстия для прохода масла, которое к каждой их шеек подается под давлением.
На конце коленчатого вала устанавливается маховик. В настоящее время применяются т.н. двухмассовые маховики, представляющие собой упруго соединенных два диска. Через зубчатый венец маховика производится запуск двигателя стартером.
Для предотвращения крутильных колебаний (чередующееся закручивание и раскручивание коленчатого вала) на другом конце коленчатого вала может устанавливаться гаситель крутильных колебаний. Гаситель колебаний состоит из двух металлических колец, соединенных через упругую среду (эластомер, вязкое масло). На внешнем кольце гасителя крутильных колебаний выполнен ременной шкив (звездочка цепи).
В совокупности поршень, шатун и гильза цилиндров образуют цилиндро-поршневую группу или просто цилиндр. Современный двигатель может иметь от одного до 16 (Bugatti Veyron) и более цилиндров.
Различают следующие компоновочные схемы расположения цилиндров в двигателе:
• рядная (оси цилиндров расположены в одной плоскости);
• V–образная (оси цилиндров расположены в двух плоскостях);
• оппозитная (оси цилиндров расположены в двух плоскостях под углом 180°);
• VR (оси цилиндров расположены в двух плоскостях под малым углом);
• W–образная (две VR схемы, расположенных V-образно со смещением на одном коленчатом валу).
Компоновочная схема определяет уровень балансировки двигателя. Наилучшую балансировку имеет двигатель с оппозитным расположением цилиндров. Достаточно сбалансирован рядный четырехцилиндровый двигатель. V-образный двигатель имеет наилучшую балансировку при значении угла между цилиндрами 60° и 120°.
Для уменьшения вибрации в рядных двигателях применяются балансирные валы, расположенные под коленчатым валом в масляном поддоне.
Кривошипно-шатунный механизм — что это?
Продолжаем познавательную страничку.
Итак:
В соответствии с предназначением кривошипно-шатунный механизм (сокращенное название – КШМ) воспринимает давление газов, возникающих при сгорании топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя, и преобразует его в механическую работу по вращению коленчатого вала.
Кривошипно-шатунный механизм состоит из поршней с шатунами, соединенных с коленчатым валом. Поршни перемещаются в гильзах (втулках) цилиндров.
Устройство кривошипно-шатунного механизма (рис.1)
1. вкладыш шатунного подшипника
2. втулка верхней головки шатуна
3. поршневые кольца
4. поршень
5. поршневой палец
6. стопорное кольцо
7. шатун
8. коленчатый вал
9. крышка шатунного подшипника
Поршень воспринимает давление расширяющихся при высокой температуре газов и передает его на шатун. Поршень изготавливается из алюминиевых сплавов. Возвратно-поступательное движение поршня осуществляется в гильзе цилиндра.
Поршень состоит из единых головки и юбки. Головка поршня может иметь различную форму (плоскую, выпуклую, вогнутую и др.), в ней также может быть выполнена камера сгорания (дизельные двигатели). В головке нарезаны канавки для размещения поршневых колец. На современных двигателях используется два типа колец: маслосъемные и компрессионные. Компрессионные кольца препятствуют прорыву газов в картер двигателя. Маслосъемные кольца удаляют излишки масла на стенках цилиндра. В юбке выполнены две бобышки для размещения поршневого пальца, который соединяет поршень с шатуном.
Шатун передает усилие от поршня к коленчатому валу, для этого он имеет шарнирное соединение и с поршнем и с коленчатым валом. Шатуны изготавливаются, как правило, из стали путем штамповки или ковки. Шатуны двигателей спортивных автомобилей отлиты из сплава титана.
Конструктивно шатун состоит из верхней головки, стержня и нижней головки. В верхней головке размещается поршневой палец. Предусматривается вращение поршневого пальца в головке шатуна и бобышках поршня. Такой палец имеет название «плавающий». Стержень шатуна имеет двутавровое сечение. Нижняя головка выполнена разборной, что позволяет обеспечить соединение с шейкой коленчатого вала. Современной технологией является контролируемое раскалывание цельной нижней головки шатуна. Благодаря неповторимой поверхности излома обеспечивается высокая точность соединения частей нижней головки.
Коленчатый вал воспринимает усилия от шатуна и преобразует их в крутящий момент. Коленчатые валы изготавливаются из высокопрочного чугуна и стали. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками. Щеки выполняют функцию уравновешивания всего механизма. Коренные и шатунные шейки вращаются в подшипниках скольжения, выполненных в виде разъемных тонкостенных вкладышей. Внутри шеек и щек коленчатого вала просверлены отверстия для прохода масла, которое к каждой их шеек подается под давлением.
На конце коленчатого вала устанавливается маховик. В настоящее время применяются т.н. двухмассовые маховики, представляющие собой упруго соединенных два диска. Через зубчатый венец маховика производится запуск двигателя стартером.
Для предотвращения крутильных колебаний (чередующееся закручивание и раскручивание коленчатого вала) на другом конце коленчатого вала может устанавливаться гаситель крутильных колебаний. Гаситель колебаний состоит из двух металлических колец, соединенных через упругую среду (эластомер, вязкое масло). На внешнем кольце гасителя крутильных колебаний выполнен ременной шкив (звездочка цепи).
В совокупности поршень, шатун и гильза цилиндров образуют цилиндро-поршневую группу или просто цилиндр. Современный двигатель может иметь от одного до 16 и более цилиндров.
Различают следующие компоновочные схемы расположения цилиндров в двигателе:
• рядная (оси цилиндров расположены в одной плоскости);
• V–образная (оси цилиндров расположены в двух плоскостях);
• оппозитная (оси цилиндров расположены в двух плоскостях под углом 180°);
• VR (оси цилиндров расположены в двух плоскостях под малым углом);
• W–образная (две VR схемы, расположенных V-образно со смещением на одном коленчатом валу).
Компоновочная схема определяет уровень балансировки двигателя. Наилучшую балансировку имеет двигатель с оппозитным расположением цилиндров. Достаточно сбалансирован рядный четырехцилиндровый двигатель. V-образный двигатель имеет наилучшую балансировку при значении угла между цилиндрами 60° и 120°.
Для уменьшения вибрации в рядных двигателях применяются балансирные валы, расположенные под коленчатым валом в масляном поддоне.
Кривошипно-шатунный механизм двигателя КШМ
При контролируемом сгорании топлива в ДВС автомобиля поршням придается возвратно поступательное движение. Для преобразования его в крутящий момент служит узел КШМ – кривошипно-шатунный механизм, шарнирно закрепленный к поршням и коленвалу. Основных неисправностей немного, но для устранения требуется полная разборка двигателя.
Конструкция КШМ
В отличие от прочих агрегатов автомобиля конструкция механизма кривошипно-шатунного условно включает в себя часть поршневой группы и коленчатый вал. Состоит КШМ из подвижных деталей и неподвижных элементов. Одну или несколько степеней свободы имеют:
К неподвижным элементам относятся головка и блок цилиндров.
В зависимости от конструкции ДВС и количества цилиндров кинематика кривошипно шатунного механизма несколько видоизменяется:
Другими словами, в рядном двигателе рабочий цикл осуществляется поочередно 4-мя цилиндрами, что позволяет равномерно распределить нагрузки на коленвал. Для достижения компактных размеров ДВС модификации с большим количеством цилиндров размещаются V-образно. Что так же позволяет смягчить нагрузки на коленвал за счет гашения части энергии.
Чтобы характеристика кривошипно шатунного механизма была стабильной в момент перегрузок (высокая температура, большое давление и обороты, трудности с подачей смазки), вместо шариковых/роликовых подшипников применяются элементы скольжения с шатунными и коренными вкладышами. Неравномерность угловых скоростей вала в отдельных циклах сглаживается массивным маховиком за счет инертности этой детали.
Принцип действия и назначение
В отличие от электродвигателя принцип действия КШМ в двигателях внутреннего сгорания значительно сложнее:
Основное назначение расходных элементов КШМ (вкладыши, втулки, кольца) заключается в увеличении эксплуатационного ресурса этого узла. Поскольку число цилиндров достигает 16 штук в современных авто, устройство и работа механизма КШ должна быть идеально сбалансирована.
Поломки и проблемы кривошипно-шатунного механизма
Практически все детали КШМ являются парами трения, что наглядно подтверждает схема кинематики привода автомобиля. Если диагностика данного механизма привода внутреннего сгорания выявила неисправности, необходим капитальный ремонт двигателя, так как производится его полная разборка.
Технические особенности неисправностей КШМ заключаются в износе деталей трения. Основными поломками являются:
Основными причинами неисправностей становятся длительные нагрузки, отсутствие ТО, низкое качество смазки или выработка ресурса привода.
Залегание колец поршневых
Указанные неисправности кривошипно шатунного механизма диагностируются по признакам:
Поломка не может устраняться в домашних условиях, так как необходима высокая квалификация мастера и полная разборка двигателя.
Износ поршней и пальцев
Эти конкретные неисправности кривошипно шатунного механизма выявляются по следующим признакам:
После диагностики этой неисправности в обязательном порядке требуется капремонт ДВС.
Износ подшипника шатунного и коренного
Неизбежно потребуется ремонт кривошипно шатунного механизма при выработке ресурса подшипников, о котором свидетельствуют следующие факторы:
По аналогии с предыдущими вариантами без капремонта обойтись не получится.
Способы диагностики КШМ
Вышеуказанные методики выявления причин не являются высокоточными. Служат поводом для поездки на СТО, где может быть произведено квалифицированное диагностирование кривошипно комбинированного механизма мастерами, обладающими необходимым опытом и практикой работ. Они имеют чертеж кинематики с точными размерами, допусками и посадками. Обладают необходимым для этого оборудованием.
Предварительная на определение стуков
Поскольку ремонт кривошипно шатунного механизма относится к дорогостоящим операциям капремонта двигателя, на начальном этапе мастер СТО позиционирует стуки и шумы внутри блока цилиндров. Для этого используется стетоскоп (обычно модификация КИ-1154 производителя Экранас). Технология исследований выглядит следующим образом:
Характер стука заметен исключительно профессионалу:
Внимание: Данная методика диагностики так же не является окончательной. Позволяет мастеру выявить наличие имеющихся дефектов с гарантией, что разбирать ДВС все же необходимо для замены расходных элементов.
Измерение суммарных зазоров в сопряжениях
Обычно техническое обслуживание кривошипно шатунного механизма осуществляется с помощью установки КИ-11140 для определения зазора в КШМ.
При этом не нужно снимать поддон картера и запускать мотор. Измеряются зазоры в головках шатуна суммарно:
Суммарные зазоры измеряют минимум три раза, выводят среднее значение, сравнивают с допустимой нормой эксплуатации из таблиц.
Определение объема газа, прорывающегося в картер
Не пригодна к эксплуатации существующая сборка кривошипно шатунного механизма авто, если проверка прорывающихся газов выявила большее его количество в картере. Измерения производятся прибором КИ-4887-И следующим способом:
При значительном износе ДВС расход может превышать 120 л/мин, требуются дополнительные регулировки расходомера. После отсоединения системы вентилирования картера все дополнительные отверстия необходимо закрыть заглушками/пробками.
Измерение давления масла
Эксплуатируемая сборка кривошипно шатунного механизма считается пригодной к использованию, если проверка давления масла удовлетворяет норме. Измерения проводятся прибором КИ-5472, состоящим из рукава и манометра:
Предельно простое общее устройство системы смазки и прибора КИ позволяет снизить время диагностики.
Для ДВС карбюраторного типа считается нормальной компрессия в пределах 0,7 МПа. Поэтому в некоторых случаях диагност СТО измеряет компрессию прогретого двигателя. При этом разница показаний цилиндров не может превышать 0,1 МПа.
Технология ремонта
Основное назначение капремонта КШМ – восстановление ресурса поршневой группы и коленчатого вала. Для этого реставрируются посадочные места, заменяются пальцы, вкладыши.
Поршни и пальцы
Поршень, условно входящий в кривошипно шатунный механизм двигателя авто, изготавливается из алюминиевых сплавов. Палец создан из легированной стали, изнашивается меньше.
У поршней восстанавливается зеркало, геометрия канавок для колец и бобышек, внутри которых находится палец. Размеры поршневого пальца подбираются при температуре воздуха в мастерской 20 градусов в зависимости от размерной группы поршня.
Ремонт шатунов
В основном изготавливают шатуны из стали 40Г, 40Х или ст45, характерными дефектами считаются:
Выбраковывают кинематический элемент механизма при аварийном изгибе, поломке и раскрытии трещин. В остальных случаях изгибы и скручивание устраняют при нагреве до 500 градусов для снятия внутренних напряжений. Посадочные поверхности фрезеруются, затем шлифуются до следующего ремразмера.
После чего, работа кривошипно шатунного механизма вновь удовлетворяет требованиям регламента ГОСТ. Запрещено удалять слой металла больше 0,2 – 0,4 мм для дизелей, карбюраторных ДВС, соответственно. В противном случае нарушается кинематическая схема узла.
Реставрация коленвала
Основными нюансами ремонта коленчатого вала являются:
После промывки масляных каналов и наружных поверхностей изделие исследуется дефектоскопом. Выработку восстанавливают наплавлением Св-18ХГСА проволоки с проточкой под ремонтные параметры. Шпоночные канавки фрезеруют с заданной чистотой обработки. При этом должна соблюдаться схема установки шестеренок.
После шлифовки коленвал балансируют на динамической установке БМ-У4 либо КИ-4274.
Таким образом, кривошипно шатунный механизм КШМ проще и дешевле поддерживать в работоспособном состоянии. Для этого нужно своевременно проходить ТО и обращаться в сервис к специалистам при малейшем постороннем звуке в блоке цилиндров. В этом случае, даже капремонт обойдется дешевле.