Техническое устройство двигателя бульдозеров
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ БАЗОВЫХ МАШИН
§ 5. Назначение, классификация, принцип работы двигателей и их показатели
Назначение. Двигателями внутреннего сгорания называют энергетические установки базовых машин, которые преобразуют тепловую энергию топлива, сгорающего в цилиндрах, во вращательное движение коленчатого вала и в механическую работу.
Двигатели внутреннего сгорания обеспечивают независимость базовых машин и агрегатируемых с ними навесных и прицепных дорожно-строительных машин от внешних источников питания, возможность работы их в отдаленных районах, использование в любое время суток, в различных климатических условиях и самостоятельный переход машин с одного строительного объекта на другой.
В основном на гусеничных и колесных тракторах и шасси применяют дизельные и карбюраторные (бензиновые) двигатели.
Дизельные двигатели (дизели) используют как основные энергетические установки для создания тягового усилия базовой машины, перемещения ее, гидравлического привода навесных и прицепных орудий, а также вспомогательных целей (управления тормозами, рулевым управлением, электроосвещения). Основным
дизелем в процессе эксплуатации машины управляют в основном с рабочего места, из кабины машиниста.
Карбюраторные двигатели на тракторах и шасси применяют для запуска основного двигателя.
К отличительным особенностям дизельных двигателей относятся простота конструкции и надежность в работе,, экономичность, легкость запуска и управления, надежность пуска в летнее время и в условиях холодного климата, устойчивость работы. Двигатели хорошо воспринимают перегрузки в условиях резко переменных режимов работы бульдозеров, бульдозеров-рыхлителей, скреперов и грейдеров, могут работать в запыленных условиях, приспособлены к выполнению технического обслуживания и ремонта.
Двигатели внутреннего сгорания, устанавливаемые на тракторах и шасси, называют автотракторными.
Классификация. Автотракторные двигатели внутреннего сгорания класифицируют по назначению, типу и способу воспламенения горючих смесей, роду сжигаемого топлива, способу образования горючей смеси, способу охлаждения, числу и расположению рабочих цилиндров.
По назначению эти двигатели можно разделить на основные и пусковые.
Основные двигатели работают постоянно во время выполнения рабочих циклов, передвижения тракторов и шасси с объекта на объект, выполнения вспомогательных операций. Пусковые двигатели включают только в момент запуска основного двигателя.
По типу и способу воспламенения горючей смеси различают дизельные и карбюраторные двигатели. Дизельные двигатели работают на самовоспламенении топлива в воздушной среде. Горючая смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха при сжатии в цилиндрах и распыления топлива форсунками.
В карбюраторных двигателях горючую смесь приготавливают в карбюраторе и воспламеняют ее в цилиндрах электрической искрой.
По роду сжигаемого топлива различают двигатели внутреннего сгорания, работающие на тяжелом жидком топливе (например, дизельном, керосине) и работающие на легком топливе (бензине с различными октановыми числами) и газообразном (пропан-бутано-вом).
Тяжелое дизельное топливо используют в дизелях, бензиновое и газообразное — в карбюраторных двигателях. Карбюраторные двигатели с более легким запуском используют как пусковые.
По способу образования горючей смеси используют двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. Внутреннее смесеобразование осуществляется в дизелях, воздух всасывается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом внутри цилиндров перед воспламенением.
Внешнее смесеобразование применяют при бензиновом и газовом
топливах. Всасываемый двигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителе до попадания горючей смеси в цилиндры.
По способу охлаждения известны двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.
Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерный режим работы при колебании температуры наружного воздуха и их предпочитают на многих базовых машинах. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или антифризовые жидкости, которые замерзают при более низких температурах (до -40 °С).
Двигатели с воздушным охлаждением обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором в обребренные поверхности цилиндров. Воздушные двигатели применяют только на гусеничном тракторе Т-330.
По числу и расположению рабочих цилиндров различают одно-, двух-, четырех-, шести-, восьмицилиндровые двигатели; по расположению рабочих цилиндров — вертикально-рядные, V-образные и горизонтально-рядные.
Одно- и двухцилиндровые вертикально-рядные агрегаты применяют на тракторах, пусковых двигателях для включения основного двигателя.
Основные дизели изготовляют в четырех-, шести-, восьмицилиндровом исполнении с вертикально-рядным или V-образным расположением рабочих цилиндров.
Дизельные двигатели обеспечивают по сравнению с карбюраторными больший КПД на 25. 32%, меньший расход топлива на 25. 30%, невысокую стоимость эксплуатации за счет более низкой цены тяжелого топлива, проще по конструкции из-за отсутствия системы зажигания.
Принцип работы двигателей. По принципу работы различают четырех- и двухтактные двигатели. На тракторах и шасси, агрегати-руемых с землеройно-транспортными машинами, применяют основные и пусковые двигатели, работающие по четырехтактному циклу.
Схема и процессы, протекающие в одном простейшем рабочем цилиндре поршневого дизельного двигателя, поясняет рис. 22.
Рабочий цилиндр дизельного двигателя размещен в блок-картере 4. В цилиндре вверх и вниз перемещается поршень 5, в верхней части которого для уплотнения установлены 3. 4 компрессионных кольца 7. На поршневом пальце 6, запрессованном в поршень, одним концом шарнирно прикреплен шатун 3. Другой конец шатуна шарнирно закреплен на шатунной шейке коленчатого вала 2, размещенной эксцентрично относительно его оси вращения. Поршень в сборе с шатуном и коленчатым валом называют шатунно-поршневой группой. Вал 2 вращается в блок-картере в направлении, указанном стрелкой на рисунке, с частотой nк. Снизу рабочее пространство, в котором вращается вал 2, замкнуто поддоном 1. Поддон снимают для разборки
шатунно-поршневой группы. В верхней части цилиндра находятся , всасывающий 8 и выхлопной 15 клапаны. Эти клапаны открываются под воздействием распределительного вала 12. Один кулачок вала открывает всасывающий клапан 8, другой (заштрихованный) воздействует на выхлопной клапан 15. Клапаны возвращаются в закрытое положение цилиндрическими пружинами.
Рис. 22. Схема работы четырехтактного дизельного двигателя: а — всасывание воздуха, б — сжатие воздуха, в — воспламенение смеси, рабочий ход, г — выхлоп газов; 1 — поддон, 2, 12 — коленчатый и распределительный валы, 3 — шатун, 4 — блок-картер, 5 — поршень, 6 — палец поршня, 7 — кольца, 8, 15 — всасывающий и выхлопной клапаны с пружинами, 9 — насос, 10 — воздухоочиститель, 11 — форсунка, 13 — клапанная крышка, 14 — выхлопная труба
Валы 2 и 12 вращаются синхронно. Частота вращения вала 12 пр в два раза меньше частоты вращения вала 2 пк. Вал 12 изолирован от наружной среды клапанной крышкой 13.
Клапан 15 соединяет камеру сгорания цилиндра с атмосферой через выхлопную трубу 14, клапан 8 — через воздухоочиститель 10. В камере сгорания установлена форсунка 11 для распыления топлива, которое подается топливным насосом 9, синхронно вращающимся с валом 2.
На рисунке показаны основные четыре такта двигателя: всасывание воздуха, сжатие его, воспламенение смеси и рабочий ход, выхлоп газов.
Пусковым двигателем или электростартером первоначально раскручивают коленчатый вал с маховиком. Когда поршень 5 перемещается из верхнего положения вниз со скоростью vn, кулачок вала 12 нажимает на клапан 8. Воздух из атмосферы через воздухоочиститель 10 заполняет внутреннюю полость рабочего цилиндра. Затем клапан 8 закрывается и при движении поршня по инерции вверх сжимает воздух в цилиндре. В сжатый воздух насосом 9 через форсунку 11 распыляется под большим давлением дизельное топливо, и под действием высокой температуры и сжатия горючая смесь самовоспламеняется. Давление в камере сгорания цилиндра мгновенно повышается, и поршень газами выталкивается вниз, производя механическую работу и рабочий ход.
При подходе к крайнему нижнему положению поршня открывается выхлопной клапан и отработанные газы вырываются в атмосферу через выхлопную трубу.
Движением вверх поршень осуществляет последний цикл -выхлоп отработанных газов и очищение полости цилиндра для всасывания свежей порции воздуха. После этого цикл повторяется. За одну минуту тихоходные дизели осуществляют 1000. 1200, быстроходные -до 2200 рабочих циклов.
В карбюраторном четырехтактном двигателе процессы протекают аналогичным образом, в той же последовательности. Исключением является то, что горючая смесь приготавливается в карбюраторе сразу после воздухоочистителя. Вместо форсунки в камере сгорания установлена электрическая свеча, которая в конце сжатия горючей смеси образует искру. Искра поджигает смесь, и продукты сгорания под давлением воздействуют на поршень. Он опускается, выполняя рабочий цикл.
Так как из четырех тактов только один является рабочим, одно-цилиндровый четырехтактный двигатель работает очень неравномерно. Чтобы исключить это, применяют маховик, который устанавливают на выходе коленчатого вала.
Для повышения мощности двигателя и равномерности его хода применяют многоцилиндровые двигатели, состоящие из двух, четырех, шести или восьми элементарных цилиндров. В многоцилиндровом двигателе чаще‘, повторяются рабочие такты, более равномерно вращается коленчатый вал, снижаются масса маховика, вибрация при работе. Рабочие такты следуют один за другим через одинаковые промежутки времени в разных цилиндрах. Последовательность рабочих тактов называют порядком работы цилиндров двигателя. Например, в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала происходят последовательно рабочие такты во всех цилиндрах в разное время, в соответствии с установленным порядком работы. ‘
В двухтактном двигателе рабочие процессы всасывания горючей смеси, ее сжатие, рабочий ход и выхлоп производят за два такта работы. При подъеме поршня сначала цилиндр наполняется горючей смесью, затем происходит ее сжатие и воспламенение (от сжатия в дизеле или электрической искры в карбюраторном двигателе). Затем после взрыва и сгорания горючей смеси поршень опускается и в конце хода рабочая камера сообщается с атмосферой, выхлопные газы выходят наружу, а новая порция горючей смеси входит в цилиндр. Двухтактный цикл применяют в пусковых двигателях.
Основные показатели. К основным показателям двигателей относятся эффективная мощность (кВт), частота вращения коленчатого вала (мин-1), крутящий момент (Н • м), часовой (кг/ч) и удельный (грам/эффективный кВт • ч) расходы, КПД.
Эффективная мощность — это мощность, развиваемая на коленчатом валу. Наиболее полно характеризует двигатель эксплуатационная максимальная мощность на маховике при самой высокой подаче топлива за вычетом всех внутренних потерь, которые пошли на обеспечение ею работы: всасывание воздуха в воздухоочиститель, вращение водяного насоса, вентилятора, движение газов в выхлопной трубе.
Крутящий момент определяет нагрузку, которую двигатель может преодолеть и передать трансмиссии. С увеличением частоты вращения коленчатого вала крутящий момент сначала повышается, затем падает при максимальной мощности.
Часовой и удельный расходы топлива характеризуют экономичность двигателя. Первый определяет количество топлива, израсходованного в час при данном режиме работы, второй — это отношение часового расхода к максимальной мощности.
Коэффициент полезного действия характеризует количество теплоты, превращенной в полезную работу коленчатого вала, к количеству теплоты, выделенному при полном сгорании топлива. Для
дизелей КПД колеблется в пределах 0,32. 0,4, для карбюраторных -0,25. 0,35.
Кроме того, двигатели характеризуются диаметром цилиндра, ходом поршня, числом цилиндров и массой двигателя.
Данные о двигателях представлены в табл. 6.
Бульдозеры и скреперы. Техническое обслуживание двигателя и его систем. Часть 1.
Техническое обслуживание основных систем и сборочных единиц
Часть 1
Техническое обслуживание двигателя и его систем
Наибольший объем работ по техническому обслуживанию бульдозера (скрепера) приходится на двигатель внутреннего сгорания и его системы (топливную, смазочную, охлаждения, воздухоочистки).
При обслуживании топливной системы обращают внимание на степень загрязнения и сорт применяемого топлива, не допускают попадания воды и пыли в топливный бак, систематически удаляют отстой из бака и корпуса фильтра грубой очистки, регулярно промывают топливный бак. Засорение фильтров ведет к снижению мощности двигателя и падению давления топлива в системе. После первого засорения фильтрующих элементов тонкой очистки снимают с них верхний слой фильтрующей бумаги, а после повторного засорения — заменяют элементы. Предварительно промывают в чистом дизельном топливе внутренние полости корпусов фильтров и остальных деталей. В фильтрах грубой очистки топлива при сильном загрязнении промывают внутренние полости и сетчатые элементы.
Периодически снимают форсунки и прочищают распыливающие отверстия иглой. Следят за тем, чтобы форсунки, топливный насос и трубки были чистыми. Прокладки под форсунки рекомендуется использовать не более двух раз, после чего их заменяют новыми или отжигают. Если топливо подтекает через соединения трубок высокого давления, то подтягивают накидные гайки.
Обслуживание смазочной системы заключается в систематическом наблюдении за температурой и давлением, своевременной промывке масляного фильтра, смене отработавшего смазочного материала, ежесменной проверке его уровня. Для нормальной работы поддерживают температуру масла в пределах 70. 90 °С, а давление при номинальной частоте вращения — 0,3. 0,5 МПа.
В системе охлаждения температура жидкости должна быть в пределах 85. 90 °С. Для поддержания указанного теплового режима следят за уровнем охлаждающей жидкости, устраняют ее течи, при ТО-2 для самоходных скреперов и ТО-3 для гусеничных машин промывают систему и удаляют осадки и накипь, при ТО-2 регулируют натяжение ремня привода вентилятора.
Признаки сильного загрязнения радиатора — быстрый подъем температуры и кипение воды при нормальной эксплуатации машины.
Для удаления накипи в радиатор заливают содовый раствор (150 г соды на 1 л воды) и работают в течение смены. После этого раствор сливают и промывают систему чистой водой.
Снаружи радиатор периодически очищают от пыли и грязи мягкой металлической щеткой.
Натяжение ремня 1 привода вентилятора (рис. 153) регулируют перемещением натяжного ролика 2 с помощью регулировочного винта 7. Прогиб нормально натянутого ремня при усилии 50. 70 Н составляет 20. 25 мм. Проверяют натяжение ремня через каждые 60. 100 ч работы машины. Чрезмерное натяжение сокращает срок службы подшипников шкивов привода и самих ремней, а слабое — вызывает буксование шкивов и перегрев двигателя.
Большое влияние на работу двигателя оказывает состояние фильтров-патронов воздухоочистителей. Загрязнение фильтрующей бумаги повышает сопротивление воздухоочистителя и может послужить причиной дымления двигателя, падения его мощности. Засоренные бумажные фильтры-патроны (рис. 154) через 200. 240 ч заменяют чистыми или продувают сжатым воздухом струей, направленной изнутри наружу. Через 500. 720 мото-часов (после двух-, трехкратной продувки) фильтры-патроны 1, 2 промывают раствором стирального порошка или чистой теплой водой. Ориентировочный срок службы фильтров-патронов с проведением продувок и промывок не более 1500 мото-часов при нормальной запыленности воздуха. При повышенной запыленности срок сокращается.
Кроме указанных операций в соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя регулируют форсунки, клапанные зазоры, проверяют угол начала подачи топлива и т. д. Все указанные работы выполняют в объеме и в сроки, указанные инструкцией. В противном случае завод-изготовитель может отказаться от рекламации в случае неисправности двигателя, выявленной в гарантийный период.
