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柴油機(jī)缸體組件的主要零件組成 |
摘要:缸體組件是柴油機(jī)的骨架,主要由氣缸體、氣缸與氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊和油底殼等固定件組成。柴油機(jī)的所有運動機(jī)件和輔助系統(tǒng)都安裝在它上面,而且其本身的許多部位又分別是柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)與進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油供給與調(diào)速系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的組成部分。比如氣缸蓋上裝有噴油器、氣門組、搖臂和進(jìn)排氣管等。柴油機(jī)機(jī)體機(jī)架的作用是防止輸出轉(zhuǎn)矩時引起傾覆,承擔(dān)整機(jī)重量,承受安裝預(yù)緊力,承受氣體力,承受運動慣性力。其慣性力與安裝預(yù)緊力集中與貯存滑油并形成密閉空間,安放曲軸,并留有曲柄回轉(zhuǎn)空間。對基座的基本要求是要有足夠的剛度。
一、氣缸體結(jié)構(gòu)
多缸柴油機(jī)的各氣缸通常鑄成一個整體,稱為氣缸體。氣缸體是柴油機(jī)的主體,是安裝其他零部件和附件的支承骨架。氣缸體應(yīng)保證柴油機(jī)在運行中所需的強(qiáng)度,結(jié)構(gòu)要緊湊。同時應(yīng)盡可能提高其剛性,使柴油機(jī)各部分變形小,并保證主要運動件安裝位置正確,運轉(zhuǎn)正常。為了使氣缸體在重量最輕的條件下具有最大的剛度和強(qiáng)度,通常在氣缸體受力較大的地方設(shè)有加強(qiáng)筋。圖1為康明斯B系列6缸柴油機(jī)氣缸體及其相關(guān)組件的結(jié)構(gòu)。氣缸體常見的結(jié)構(gòu)形式一般有以下四種形式。
1、普通式(平分式)
平分式特點是上曲軸箱的底平面與曲軸中心線在同一平面上。這種形式的優(yōu)點是加工和拆裝方便,但剛度差。主要用于車用汽油機(jī),柴油機(jī)用得不多。如圖2(a)所示。
2、龍門式
龍門式結(jié)構(gòu)特點是曲軸箱接合面低于曲軸中心水平面,整個主軸承位于上曲軸箱內(nèi)。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)剛度較好,缺點是加工不方便。中小功率柴油機(jī)多采用這種結(jié)構(gòu)。如圖2(b)所示。
3、隧道式
隧道式缸體結(jié)構(gòu)特點是主軸承孔為整圓式,軸承采用滾動軸承。因此,這種機(jī)體結(jié)構(gòu)緊湊,剛度最好。其缺點是機(jī)體顯得笨重,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。在小型單、雙缸機(jī)中,為便于曲軸安裝,采用這種結(jié)構(gòu)為宜。對于多缸機(jī)而言,則須采用盤形滾動軸承作主軸承,較少采用這種結(jié)構(gòu)。如圖2(c)所示。
4、底座式
這種缸體的上曲軸箱內(nèi)無主軸承,曲軸在下曲軸箱上安裝,并承受主要負(fù)荷,底座式氣缸體適用于大型柴油機(jī)。如圖2(d)所示。
氣缸體的材料一般采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵。對于重量有特殊要求的發(fā)動機(jī),有采用鋁合金鑄造機(jī)體的。鋁合金機(jī)體的強(qiáng)度和剛度較差,而成本較高。
圖1 柴油機(jī)氣缸體及其相關(guān)組件的結(jié)構(gòu) 1-氣缸體;2,14,15-定位環(huán);3-主軸承蓋;4-主軸承蓋螺栓;5-凸輪軸襯套;6~9,11-碗形塞;10-機(jī)冷氣腔;12-塞片;13-定位銷;16-冷卻噴嘴;17,18-錐形塞;19-矩形密封圈;20-水泵蝸殼;21-潤滑油泵體 |
圖2 柴油機(jī)氣缸體的結(jié)構(gòu)形式示意圖 |
二、氣缸套結(jié)構(gòu)
氣缸是用來引導(dǎo)活塞做往復(fù)運動的圓筒形空間。氣缸內(nèi)壁與活塞頂、氣缸蓋底面共同構(gòu)成燃燒室,其表面在工作時與高溫、高壓燃?xì)饧皽囟容^低的新鮮空氣交替接觸。由于燃?xì)鈮毫蜏囟鹊挠绊?,加之活塞相對于氣缸?nèi)壁的高速運動和側(cè)壓力的作用,氣缸表面產(chǎn)生磨損。當(dāng)氣缸壁磨損到一定程度后,活塞環(huán)與氣缸壁之間就會失去密封性,大量燃?xì)饴┤肭S箱,使柴油機(jī)性能惡化,而且機(jī)油也較易變質(zhì)。因此對氣缸的材料、加工精度和表面粗糙度都有較高要求。通常柴油機(jī)的大修期限是根據(jù)氣缸壁面的磨損情況來決定的。為了提高氣缸的強(qiáng)度和耐磨性,便于維修和降低成本,通常采用較好的合金材料將氣缸制成單獨的氣缸套鑲?cè)霘飧左w中。一般氣缸套采用耐磨合金鑄鐵制造,如高磷鑄鐵、含硼鑄鐵、球墨鑄鐵或奧氏體鑄鐵等。為了使氣缸套的耐磨性更好,有的氣缸套還進(jìn)行了表面淬火、多孔鍍鉻、噴鉬或氮化處理等。
常用的氣缸套可分為干式和濕式兩種,如圖3所示。
1、干式氣缸套
干式氣缸套[圖3(a)]是壁厚為1~3mm的薄壁圓筒,其特點是缸套的外表面不與冷卻水直接接觸。采用干式缸套的優(yōu)點是機(jī)體剛度較好,不存在冷卻水密封問題;缺點是缸套的散熱條件不如濕式缸套好,加工面增加,成本高,拆卸困難。
2、濕式氣缸套
濕式氣缸套[圖3(b)]是壁厚為5~9mm的圓筒,其外壁直接與冷卻水相接觸。優(yōu)點是裝拆方便,冷卻可靠,容易加工;缺點是機(jī)體的剛度較差,漏水的可能性比較大。柴油機(jī)大多采用濕式氣缸套。
濕式氣缸套因外壁直接與冷卻水接觸,所以在缸套的外表面制有兩個凸出的圓環(huán)帶,以保證氣缸套的徑向定位和密封。如圖4所示,缸套的軸向定位是利用上端的凸臺,凸臺下面裝有密封銅墊片。缸套外表面的下凸出圓環(huán)帶上裝有1~3個耐熱耐油的橡膠密封水圈,有的發(fā)動機(jī)則把密封水圈安裝在機(jī)體上。缸套裝入機(jī)體后,其凸緣頂面應(yīng)高于機(jī)體頂面0.06~0.15mm,以使氣缸蓋能壓緊在氣缸套上。有的發(fā)動機(jī)在氣缸套下端開有切口,以保證連桿在其最大傾斜位置時不致與缸套相碰。
圖3 柴油發(fā)電機(jī)氣缸套 |
圖4 濕式氣缸套結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖 |
三、氣缸蓋結(jié)構(gòu)
氣缸蓋裝于氣缸體上部,用缸蓋螺栓按規(guī)定力矩緊固在氣缸體上。其功用是封閉氣缸上平面,并與氣缸和活塞頂構(gòu)成燃燒室。
1、氣缸蓋結(jié)構(gòu)形式
氣缸蓋的結(jié)構(gòu)常見的有三種形式:
① 單缸式,即每一個氣缸有一個單獨氣缸蓋;
② 雙缸式,即每兩個氣缸共用一個氣缸蓋;
③ 多缸式,即每列氣缸共用一個氣缸蓋,又稱整體式。
柴油機(jī)氣缸蓋的熱負(fù)荷十分嚴(yán)重,由于它上面裝有進(jìn)、排氣門,氣門搖臂和噴油器等零部件,而且氣缸蓋內(nèi)布置有進(jìn)、排氣道和機(jī)油道等,基本結(jié)構(gòu)如圖5所示。特別是風(fēng)冷式柴油機(jī)的氣缸蓋,散熱片的布置比較困難。如果噴油器冷卻效果不好、溫度過高,則噴油器針閥容易咬死或出現(xiàn)其他故障,由于排氣門受熱嚴(yán)重,如冷卻不良也會加劇磨損而降低其使用壽命。所以對于一些重要部件均需保證有足夠的冷卻效果。氣缸蓋常用材料為高強(qiáng)度灰鑄鐵HT20-40、HT25-47。大型或強(qiáng)化柴油機(jī)采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵。風(fēng)冷柴油機(jī)或特殊用途柴油機(jī)常用鋁合金鑄鐵氣缸蓋。
2、氣缸墊
氣缸墊裝于氣缸體和氣缸蓋接合面之間,其功用為補(bǔ)償接合面的不平處,保證氣缸體和氣缸蓋間的密封。它對防止“三漏”(漏水、漏氣和漏油)關(guān)系甚大,其厚薄程度還會影響柴油機(jī)的壓縮比和工作性能,因此,在使用和維修柴油機(jī)時應(yīng)注意保證氣缸墊良好,更換時應(yīng)按照原來標(biāo)準(zhǔn)厚度選用。
氣缸墊要求耐高溫、耐腐蝕,并具有一定的彈性。同時還要求拆裝方便,能多次重復(fù)使用。常用的氣缸墊為金屬-石棉缸墊,如圖6所示。這種氣缸墊的外廓尺寸與缸蓋底面相同,在自由狀態(tài)時,厚約3mm,壓緊后約為1.5~2mm。缸墊的內(nèi)部是石棉纖維(夾有碎銅絲或鋼屑),外面包以銅皮或鋼皮。有的氣缸墊在氣缸孔的周圍用鎳皮鑲邊,以防止燃?xì)鈱⑵錈龘p。在過水孔和過油孔的周圍用銅皮鑲邊。這種氣缸墊的彈性好,可重復(fù)使用。
在強(qiáng)化或增壓發(fā)動機(jī)上,常用塑性金屬(如硬鋁板)制成的金屬襯墊作氣缸墊。金屬襯墊強(qiáng)度好,耐燒蝕能力強(qiáng)。
圖5 柴油機(jī)氣缸蓋及其相關(guān)組件的結(jié)構(gòu) 1-氣缸蓋定位環(huán);2-氣缸蓋總成;3-碗形塞;4-燃油濾清器接頭;5,7-內(nèi)六角錐形螺塞;5A-擴(kuò)口式錐螺紋直通管接頭體;6-方槽錐形螺塞;6A-直角管接頭體;8-氣門桿油封 |
圖6 柴油發(fā)電機(jī)氣缸墊示意圖 |
四、油底殼結(jié)構(gòu)
油底殼(又稱下曲軸箱)主要用于收集和儲存潤滑油,同時密封曲軸箱。油底殼一般用1~2mm厚的薄鋼板沖壓或焊接而成,也有用鑄鐵或鋁合金鑄成的。康明斯系列柴油機(jī)均采用濕式油底殼儲存機(jī)油。在4、6、12缸基本型柴油機(jī)的油底殼內(nèi),均設(shè)有油池和擋油板,可滿足柴油機(jī)在縱傾小于15°時正常工作。油底殼的基本結(jié)構(gòu)如圖9所示。
柴油機(jī)工作時,潤滑系統(tǒng)工作狀況分別用油溫表、壓力表及機(jī)油標(biāo)尺等進(jìn)行監(jiān)視。為此,在油底殼上裝有油溫表接頭和指示機(jī)油平面位置的機(jī)油標(biāo)尺,在油底殼的側(cè)面或底部還裝有放油螺塞,以便放去污油。
1、油標(biāo)尺
由于油底殼形狀及要求儲存機(jī)油容量的不同,因此各種油底殼所采用的機(jī)油標(biāo)尺也不相同。在柴油機(jī)基本保持水平狀態(tài)下,標(biāo)尺上的刻線“靜滿”表示柴油機(jī)起動前應(yīng)有的機(jī)油平面;“動滿”表示柴油機(jī)運轉(zhuǎn)時應(yīng)保持的機(jī)油平面;“險”表示應(yīng)立即添加機(jī)油的最低位置。因此,在柴油機(jī)工作時,應(yīng)經(jīng)常用機(jī)油標(biāo)尺檢查油底殼內(nèi)的機(jī)油平面位置,以防油面過低引起柴油機(jī)潤滑故障;油面過高易引起漏油。
2、擋油板
油底殼的結(jié)構(gòu)形狀主要是根據(jù)機(jī)油的容量、柴油機(jī)的安裝位置以及在使用中的縱橫傾斜角度來決定。為了保證潤滑油泵能經(jīng)常吸油,其后部較深,整個底部呈斜面以保證供油充足。對于熱負(fù)荷較大的柴油機(jī),油底殼帶有散熱片以降低機(jī)油的溫度。為防止?jié)櫥图R,油底殼中多設(shè)有擋油板。
通常,擋油板在油底殼的上方,如圖10所示。這個擋板用來防止機(jī)油四處飛濺。如果機(jī)油四處飛濺得太多,氣泡會進(jìn)入機(jī)油產(chǎn)生泡沫。泡沫不像機(jī)油那樣來潤滑、冷卻、清潔或密封發(fā)動機(jī)。油底殼外側(cè)有許多肋片,這些肋片可幫助散熱,有利于油溫的穩(wěn)定。
圖9 柴油機(jī)油底殼基本結(jié)構(gòu) |
圖10 帶擋板油底殼的結(jié)構(gòu)示意圖 |
總結(jié):
氣缸體作為一種重要的機(jī)械元件,具有傳遞力量、穩(wěn)定運動、換向控制、位置感知和防護(hù)保養(yǎng)等多種功能。通過合理設(shè)計和使用,可以實現(xiàn)對氣動組件的精確控制和穩(wěn)定運行,提高柴油發(fā)電機(jī)的工作效率和可靠性。在未來的發(fā)展中,隨著科技的進(jìn)步和工藝的改進(jìn),相信氣缸體的功能會越來越強(qiáng)大,應(yīng)用范圍也會更加廣泛。
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