-
Механизм газораспределения тракторов
Механизм газораспределения предназначен для впуска воздуха в цилиндр и выпуска из него отработавших газов в соответствии с диа-граммами фаз газораспределения.
В тракторных двигателях применяют исключительно клапанное газораспределение, отличающееся простотой устройства и надежно-стью работы.
Типичное для дизелей верхнее расположение клапанов позволя-ет применять компактные камеры сгорания, благоприятные для про-текания рабочих процессов в цилиндре.
Клапаны газораспределения приводятся в действие от коленча-того вала двигателя через распределительный (кулачковый) вал.
На двигателях с диаметром цилиндра до 130 мм применяют сис-темы газораспределения с двумя клапанами на каждый цилиндр -один впускной и один выпускной. При диаметре цилиндра более 130 мм, как правило, применяют системы с четырьмя клапанами на ци-линдр -два впускных и два выпускных. Переход с двухклапанной системы газораспределения на четырехклапанную позволяет пример-но на 1/3 увеличить проходное сечение для газов, существенно сни-зить потери на газообмен, повысить наполнение цилиндров воздухом. При двухклапанной системе газораспределения клапаны обычно располагаются вдоль оси, параллельной продольной оси двигателя.
При этом впускные и выпускные каналы в головке цилиндров могут выходить как на одну ее сторону, так и на обе (рис. 2.35,а).
В четырехклапанных схемах расположение клапанов в каналах может быть последовательным (рис. 2.35,б) или параллельным (рис. 2.35,в). Привод клапанов может осуществляться непосредственно от кулачков распределительного вала, расположенного над головкой ци-линдров (верхнее расположение вала), либо через коромысла 6 (рис.
2.36), штанги 3 и толкатели 2 от распределительного вала 1, установ-ленного в блоке цилиндров (нижнее расположение вала).
Рис. 2.35. Схемы расположения клапанов в головке цилиндров
При четырехклапанной сис-теме газораспределения и нижнем расположении вала привод одно-
именных клапанов при последовательном расположении их в канале осуществляется обычно коромыслом через траверсу 1 (рис. 2.37,а), действующую сразу на два клапана, или вильчатыми рычагами 2 и 3 при параллельном расположении клапанов (рис. 2.37,б). При верхнем расположении валов на каждый клапан действует свой кулачок.
При вращении распределительного вала, передаваемом от ко-ленчатого вала двигателя цилиндрическими шестернями его привода или системой конических шестерен и валиков, кулачок распредели-тельного вала через толкатель, штангу и коромысло открывает, пре-одолевая сопротивление клапанной пружины (пружин), соответст-вующий клапан, обеспечивая вход в цилиндр двигателя свежего заря-да (впускной клапан) или выпуск из него отработавших газов (выпу-скной клапан).
Клапаны двигателя подвергаются действию больших ди-намических нагрузок и высоких температур. Так, выпускной клапан омывается газами со скоростью до 600 м/с и его температура достига-ет 700 оС. Поэтому выпускные клапаны изготовляют из жаропрочной стали ЭП-616, 4X10C2M, а впускные -из легированной стали типа 4X10CTM. Для повышения срока службы клапанов их рабочие фаски наплавляют твердым сплавом типа ЭП-616. Дополнительному уп-рочнению (до 50 HRC) подвергают и торец стержня клапана.
Клапан состоит из стержня и головки (тарелки). Впускные кла-паны, как правило, имеют головку большего диаметра, чем выпуск-
ные. Угол наклона рабочей фаски впускного клапана составляет 45°
или 30°, а выпускного -45°.
Рис. 2.36. Клапанный механизм
Для интенсификации охлаждения головок выпускных клапанов форсированных дизелей их стержень выполняют полым и заполняют на 2/3 его высоты кристаллическим натрием, плавящимся при темпе-ратуре 93 °С. Снизу полость герметизируется заглушкой. При движе-нии клапана жидкий натрий "плещется" в полости и отводит теплоту от его головки в направляющую втулку, а затем -в рубашку охлажде-ния головки цилиндра.
Клапанные пружины 11 (см. рис. 2.36) прижимают клапан 12 к седлу 15 в головке цилиндра (одна или две). Стержень клапана скреп-ляется с тарелкой 10 пружин двумя коническими сухариками 9, внут-ренняя поверхность которых имеет цилиндрический выступ.
Для уменьшения протечки масла в зазор ме-жду втулкой и стержнем впускного клапана под действием разреже-ния во впускном канале, на верхний конец втулки устанавливают уп-лотнительную манжету 1 из маслостойкой резины, синтетического или фторкаучука с oбжимaющeй ee браслетной пружиной 2 (рис. 2.38). Для лучшего центрирования уплотняющего пояска манжеты относительно стержня клапана в нее вулканизируют стальной каркас 3.
С е д л а к л а п а н о в 15 (см. рис. 2.36) повышают износостой-кость рабочей фаски в головке цилиндров и облегчают ее ремонт. Седла изготовляют из специального чугуна повышенной твердости (40…60 HRC). Охлаждаемое в жидком азоте седло устанавливают в гнездо нагретой головки. Наружная поверхность седла имеет форму обратного конуса, благодаря чему предотвращается его выпадение из гнезда при нагреве на работающем дизеле.
М е х а н и з м п р о в о р а ч и в а н и я к л а п а н а обеспечи-вает равномерное изнашивание рабочих поверхностей фасок седла и
клапана, а также его стержня и направляю-щей втулки: клапан периодически поворачи-вается вокруг своей оси моментом, воз-никающим при сжатии пружины. С этой це-лью на некоторых двигателях уменьшают поверхность трения между тарелкой пружи-ны и клапаном за счет промежуточной втул-ки 1 (рис. 2.39,а) или снижают трение между нижним торцом пружины и ее опорой, вы-полняя последнюю в виде шарикового хра-пового устройства (рис. 2.39,б).
Коромысла клапанов 6 (см. рис. 2.36)
Рис. 2.38. Уплотнение стержня клапана
служат для передачи движения штанг 3 кла-панам 12. Коромысла отливают из чугуна или
стали или штампуют из нее. В поперечном сечении они имеют формы тавра или двутавра, хорошо сопротивляющихся изгибу. Коромысла устанавливают на осях 7, смонтированных в стойках 8 на головке ци-линдров двигателя. В расточку коромысла запрессовывают бронзо-вую втулку-подшипник.
На коротком плече коромысла обычно располагают винт 5 для регулирования теплового зазора, стопорящийся контргайкой 4. Масло в подшипник подается под давлением обычно через сверления в стой-ке коромысла или его полой оси. Контактирующие сферические по-
верхности регулировочного винта и наконечника штанги смазывают-ся или через сверления в коромысле, или через трубчатую штангу.
Рис. 2.39. Устройства, обеспечивающие вращение клапана
Штанги (рис. 2.40) изготовляют из стали или алюминиевого сплава в виде сплошного стержня 1 или трубки 3. Они имеют высо-кую продольную устойчивость. На концы трубки 3 напрессовываются стальные термообработанные наконечники 2 и 4 с наружной или внутренней сферической поверхностью.
Толкатели 2 (см. рис. 2.36) сообщают штанге движение в соот-ветствии с законом, заданным профилем кулачка. В тракторных дви-гателях применяют цилиндрические (рис. 2.41,а), грибковые (рис.
2.41,б и в) и качающиеся (рис. 2.41,г) толкатели. Смазка направляющей по-верхности 1 толкателя осуществляется маслом, стекающим вдоль штанги из сочленения регулировочный винт ко-ромысла -наконечник штанги, для чего в цилиндрическом толкателе, выпол-ненном в виде стаканчика, в нижней его части выполняют отверстие 2 для выхо-да масла. Тарелка 3 толкателя и кулачок распределительного вала смазываются маслом, выбрасываемым из торцов ша-тунного подшипника. Ось 4 качающе-гося толкателя смазывается под давле-
Рис. 2.40. Штанги
нием маслом, подаваемым по специаль-ному каналу.
Для более равномерного изнашивания боковой поверхности и тарелки толкателя его заставляют медленно вращаться. Для этого ось
толкателя с плоской тарелкой смещают на эксцентриситет е = 1,5…3 мм относительно оси симметрии кулачка (рис. 2.42,а) или кулачок, работающий по сферической, радиусом R = 600…800 мм (рис. 2.42,б) тарелке толкателя, выполняют коническим с углом при вершине = 10…30'. В обоих случаях линия или точка А контакта кулачка с тол-кателем смещаются относительно оси последнего на величину е = 1,5..3 мм. Действующая на этом плече сила трения заставляет толка-тель вращаться.
Рис. 2.41. Толкатели:
а -цилиндрический; б и в -грибковые; г -роликовый качающийся
Рис. 2.42. Способы, обеспечивающие проворачивание толкателей
Толкатели изготовляют из малоуглеродистой стали с цемен-тацией и закалкой трущихся поверхностей, из стали 35 или 45 с по-верхностной закалкой или из специального чугуна. Трущаяся поверх-ность тарелки толкателя наплавляется отбеливаемым чугуном или яв-ляется твердосплавной пластиной, присоединенной сваркой трением.
Для уменьшения износа трущихся поверхностей применяют ро-ликовые толкатели (см. рис. 2.41,г). Ролики толкателей изготовляют из шарикоподшипниковых сталей. Ось ролика снабжается бронзовой втулкой.
Распределительный вал 1 (см. рис. 2.36) управляет движением
клапанов в определенной последовательности в соответствии с по-рядком работы цилиндров данного двигателя. Расположение кулачков распределительного вала и их профиль обусловливают моменты от-крытия и закрытия клапанов, а также величину их проходного сече-ния.
Распределительные валы тракторных дизелей изготовляют чаще всего из стали 45 или цементуемой малоуглеродистой стали. Кулачки выполняют как одно целое с распределительным валом. Для умень-шения трения и изнашивания рабочие поверхности кулачков и опор-ных шеек тщательно механически обрабатывают, закаливают или азотируют.
На тракторных двигателях применяют как полноопорные, так и неполноопорные распределительные валы, расположенные в боль-шинстве случаев в блоке цилиндров. В качестве подшипников рас-пределительного вала применяют втулки из антифрикционного чугу-на или свинцовистой бронзы.
Распределительный вал подвержен действию осевой составляю-щей силы в косозубом зацеплении шестерен его привода. Поэтому вал необходимо фиксировать в осевом направлении (рис. 2.43).
Фиксация вала осуществляется упорным фланцем 1, который крепится болтами 2 к стенке 3 блока цилиндров со стороны ведущей шестерни 5 (рис. 2.43,а). Между фланцем и шестерней устанавливает-ся дистанционное кольцо 4. Толщина кольца 4 больше толщины фланца 1 на величину регламентированного осевого перемещения ва-ла (0,1…0,2 мм).
Иногда фиксация осуществляется упорным болтом 2, вверты-ваемым в крышку 1 распределительных шестерен (рис. 2.43,б). В то-рец распределительного вала устанавливается термообработанный подпятник 3 или подпружиненный ограничитель.
При съемных крышках 1 подшипников верхних распредели-тельных валов фиксация вала осуществляется буртиками 2, упираю-щимися в торцы подшипника 3 (рис. 2.43,в).
Привод распределительного вала при расположении последнего в блоке цилиндров (нижнее расположение) осуществляется от колен-чатого вала в большинстве конструкций цилиндрическими косозубы-ми шестернями. Шестерня распределительного вала находится либо в непосредственном зацеплении, либо через промежуточную шестер-ню, с ведущей шестерней, установленной на носке коленчатого вала.
Шестерни привода механизма газораспределения изготовляют из стали или чугуна (промежуточные шестерни). В двигателях с верх-ним расположением распределительных валов (рис. 2.44) конические штампованные шестерни и валики привода выполняют из стали.
Рис. 2.43. Способы осевой фиксации распреде-лительного вала
На некоторых тракторных дизелях применяют декомпрессионный меха-низм, служащий для уменьшения дав-ления сжатия в цилиндрах при прово-рачивании коленчатого вала при его пуске и соответствующего уменьшения мощности пускового устройства. Меха-низм позволяет также облегчить ручное проворачивание коленчатого вала при регулировке зазоров в клапанах, уста-новке угла опережения подачи топлива и т.д. Пример такого механизма приве-ден на рис. 2.45,а. Он выполнен в виде кинематически связанных между собой рычагами 2 и общей тягой 1 валиков 3, на концах которых имеются лыски, входящие в кольцевые проточки 4 на
Рис. 2.44. Схема привода верхнего распределительного вала
направляющих поверхностях толкателей. Поворот валиков 3 вызыва-ет подъем толкателей на 2…3 мм и открывание клапанов.
Механизм может быть выполнен также в виде общего валика 5 с лысками, расположенными над коромыслами 6 клапанов (рис. 2.45,б). Поворот валика приводит к открыванию клапанов.
Рис. 2.45. Схемы декомпрессионных механизмов
Уход за механизмами газораспределения заключается в основ-ном в проверке и регулировке тепловых зазоров в приводах клапанов и регулировке декомпрессионного механизма, а также в притирке клапанов при переборке двигателя.