Тепловоз ТЭМ2 дизель типа Д50 марки ПД1М

тепловоз ТЭМ2 дизель типа Д50 марки ПД1М 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию сгорающего топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Клапаны и клапанные приводы

Назначение клапанов. Газы поступают и выходят из работающего цилиндра через каналы, но эти каналы должны быть открыты только в той части рабочего цикла, когда необходимо прохождение через них газов. Все остальное время они должны быть не просто закрыты, а закрыты достаточно плотно, чтобы предотвратить прохождение газов, находящихся под высоким давлением. Таким образом, назначение клапанов — закрывать каналы все время, кроме того, когда они должны быть открыты. (Следует отметить, что в случае двухтактных двигателей каналы могут закрываться благодаря перекрыванию их поршнем, но этот метод не может быть использован в четырехтактном двигателе.) Чтобы выполнять свою функцию, клапаны должны: 1 обеспечивать совершенно газонепроницаемое уплотнение каналов в закрытом состоянии; 2 не оказывать сопротивления прохождению газов в открытом состоянии; 3 работать с приводом от как можно более простого механизма; 4 работать с минимальным трением. Типы клапанов В ходе эволюции двигателей внутреннего сгорания использовались клапаны различных типов. Основными типами клапанов были следующие: Тарельчатые клапаны Они применялись уже в паровых двигателях, еще до появления двигателей внутреннего сгорания, а затем использовались в ранних типах этих двигателей. Конструкция клапанов оказалась настолько успешной, что они продолжают в настоящее время оставаться главным типом клапанов из используемых на современных двигателях. Золотниковые клапаны Эти клапаны были наиболее часто используемыми в ранних двигателях внутреннего сгорания, но оказались менее эффективными, чем тарельчатые клапаны, и в настоящее время применяются редко. Золотниковые клапаны с муфтами Использовались несколько разновидностей таких клапанов. Наиболее успешными были конструкции клапанов Кнайт и Барта-Мак Каллама. Клапан типа Кнайт был изобретен приблизительно в 1905 году и состоял из муфты, свободно скользящей внутри цилиндра, а внутри нее свободно скользила вторая муфта, поршень же двигался внутри внутренней муфты. Муфты перемещались вверх и вниз внутри цилидра, а каналы, прорезанные в муфтах, были расположены так, чтобы обеспечивать открытие каналов цилиндра в требуемое время. Эти клапаны применялись компанией Даймлер приблизительно с 1909 по 1933 год, они также использовались европейскими производителями на автомобилях Панхард, Минерва, Вуасан, Пежо, а также на некоторых моделях Мерседес. Золотниковый клапан Барта-Мак Каллама состоит из одной муфты, которая может совершать как движение вверх или вниз, так и частично поворачиваться внутри цилиндра; каналы в муфте открывают в определенное время каналы цилиндра. Этот клапан были изобретен приблизительно в 1909 году и впервые был использован на автомобиле модели Аргил в 1911 году. Он также использовался на некоторых других автомобилях, но наибольшее применение он получил в авиационных двигателях компании Бристоль Аэроплэйн К0, начиная приблизительно с 1935 года. Он также использовался в двигателе Напье «Сабр», двадцатичетырехцилиндровом двигателе мощностью около 3500 л. с, а также в поршневых авиационных двигателях Роллс-ройс типа «Игл», также имеющих двадцать четыре цилиндра и развивающих мощность более 3000 л. с. Хотя клапаны этих типов и имели определенные преимущества по сравнению с обычными тарельчатыми клапанами, они не получили широкого распространения в автомобильных двигателях. Главным их недостатком был относительно высокий расход масла и сильно загрязнен вый выхлоп. Поворотный клапан Было разработано несколько типов поворотных клапанов и некоторые из них показали весьма неплохие результаты. Такой клапан состоит из поворачивающихся «заглушек», располагающихся поперек каналов и имеющих отверстия, которые в требуемое время открывают рабочие каналы и допускают протекание газов. Единственным типом клапанов, который используется в автомобильных двигателях в настоящее время, является тарельчатый клапан, и этот тип мы рассмотрим более подробно. Тарельчатый клапан

 

 Тарельчатый клапан и его детали изображены на рис. 8.1.

Сам клапан состоит из тарелки в форме диска, центр которой соединен с одной стороны со штоком. Край тарелки со стороны штока клапана тщательно отшлифован под углом — обычно 45°, но иногда и 30° — образуя фаску. Когда клапан закрыт, фаска примыкает к подобным же образом отшлифованному седлу клапана с внутренней стороны канала. Состояние фаски и седла клапана чрезвычайно важно для обеспечения газонепроницаемости клапана. Они шлифуются специальными приспособлениями и иногда фаски притираются к седлам с использованием очень мелкого абразива. Является ли это на самом деле необходимостью, часто является предметом споров. Если после значительного периода эксплуатации состояние фасок и седел плохое и допускает утечки, они должны быть заново отшлифованы. Для этой цели имеются специальные машинки. На рис. 8.2 фаска и седло изображены более детально.

Седло более узкое, чем фаска, чтобы уменьшить риск попадания частиц углерода между седлом и фаской, и чтобы обеспечить газонепроницаемое уплотнение при действии довольно высокого давления. Толщина тарелки клапана, обозначенная стрелками, также очень важна: острый угол, в особенности в случае выпускного клапана, может привести к чрезмерному нагреву и, как следствие, преждевременному зажиганию (зажигание смеси внутри цилиндра до появления искры). В некоторых случаях фаска выпускного клапана шлифуется приблизительно под углом приблизительно на 1/2° меньшим, чем угол седла клапана, как изображено на рис. 8.3.

Для этого имеются три причины: 1. Наиболее горячей частью клапана при его работе является тарелка со стороны штока и дополнительное расширение с этой стороны делает углы фаски и седла равными, при достижении рабочей температуры. 2. Выпускной клапан становится очень горячим (часто раскаляется докрасна, когда двигатель работает при полностью открытой дроссельной заслонке) и, вследствие этого, менее прочным. При этих условиях тарелка клапана слегка прогибается под действием пружины, что может привести к приподниманию внутреннего края фаски (ближнего к камере сгорания) от седла клапана, если углы будут одинаковыми в холодном состоянии. 3. Это уменьшает риск захвата частиц углерода между фаской и седлом клапана. В этом случае фаска и седло клапана не должны притираться.

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
1. Характеристика детали, узла

 

ДЕТАЛИ КЛАПАННОЙ ГРУППЫ.

К деталям клапанной группы относятся впускные и выпускные клапаны, сёдла клапанов, направляющие втулки клапанов со стопорными кольцами и уплотнениями клапана (сальниками клапана), клапанные пружины, тарелки, шайбы и конические разрезные «сухари» (рис. 3.12).

 

 

1-клапан; 2-стопорное кольцо

Рисунок 1 - юлтслмтыжтмлытм

 

Клапаны. Основными элементами клапана являются головка и стержень. Клапаны изготавливаются из прутковой стали способом её высадки. Для изготовления впускного клапана применяют хромистую или хромокремнистую сталь. Выпускные клапаны работают в условиях высоких температур, и во избежание быстрого выгорания производятся из жаропрочных сильхромовых или хромоникельмарганцовистых сталей. При этом стержень и головка выпускных клапанов может изготавливаться из разных сталей и соединяться между собой сваркой. Стержень выпускного клапана иногда делается полый. Полость заполняется жидким металлическим натрием, который при работе клапана способствует переносу тепла от сильно нагретой головки клапана в стержень. Поверхность стержня шлифуют и иногда хромируют для повышения износоустойчивости. Рабочей поверхностью тарелки (фаской) клапан плотно прилегает к седлу, запрессованному в головку блока цилиндров. Сёдла клапанов для алюминиевых головок блока выполняются из жаропрочного чугуна (реже стали) и устанавливаются в головку с натягом 0,09 – 0,12 мм с последующей завальцовкой материала головки на седло. Неплотная посадка клапана в седле, является основной причиной его выхода из строя (прогорания) и разгерметизации камеры сгорания. Направляющие втулки клапанов изготавливаются из чугуна, бронзы или металлокерамики и запрессовываются в головку цилиндров блока (или в блок цилиндров, при нижнем размещении клапанов) с натягом 0,04 – 0,08 мм. Через направляющую втулку проходит стержень клапана. Втулка может иметь посадочный поясок для установки сальника клапана (маслосъёмного колпачка), уплотняющего стержень клапана и предотвращающего попадание излишек масла по стержню клапана в камеру сгорания. При этом для улучшения смазки стержня клапана, по внутренней поверхности направляющей втулки выполняют спиральную канавку («резьбу») с шагом 2 – 3 мм, в которой удерживается масло. Зазор между стержнем клапана и втулкой регламентируется изготовителем и для большинства двигателей устанавливается в пределах 0,04 – 0,08мм у впускных клапанов и 0,06 – 0,12мм у выпускных. Пружины клапанов возвращают клапан на седло после снятия с него нагрузки от кулачка распределительного вала, удерживают клапан в закрытом положении, обеспечивая его плотную посадку в седле, и предотвращают разрыв кинематической связи между передаточными деталями и клапаном. На один клапан устанавливается одна или две пружины (внутренняя – малая, и наружная – большая). Витки большой и малой пружин имеют противоположную навивку. Пружина надевается на стержень клапана и закрепляется на его конце через опорную тарелку с помощью разрезных конических сухарей.

3.3.3. Привод клапанов и  их детали.

В зависимости от конструкции газораспределительного механизма следует различать три основных типа механических приводов клапанов:

Привод с помощью коромысел;

Привод с помощью рычагов;

Привод с помощью цилиндрических толкателей.

Привод клапанов с помощью коромысел (рис. 3.13)

 

 

 

имеет следующие детали: коромысло, ось коромысел, штангу, промежуточный толкатель. Коромысла изготавливаются из чугуна или стали и устанавливаются на оси коромысел через бронзовую втулку или без неё. В зазор между коромыслом и втулкой поступает масло. Одно плечо коромысла опирается через промежуточный толкатель на торец клапана, другое на кулачок распределительного вала или штангу (при нижнем расположении распределительного вала). В плече коромысла, опирающегося на клапан, устанавливается винт с контргайкой или эксцентрик, с помощью которого производится регулировкатеплового зазора между торцом клапана и деталями привода клапана. Зазор компенсирует тепловое удлинение стержня клапана при нагревании и в обязательном порядке контролируется при проведении очередного ТО. Величина зазора регламентируется заводом изготовителем и для двигателей различных конструкций составляет 0,15 – 0,40 мм (в среднем 0,20 – 0,25 мм). Ось коромысел представляют собой стальную трубку с точно обработанной поверхностью. Ось (оси) закрепляется на головке блока цилиндров в специальных отверстиях или болтами на крышках распределительного вала.

Привод с помощью рычагов (рис. 3.14)

 

 

имеет следующие детали: рычаг, опору рычага и прижимную пружину. Рычаг изготавливается из стали. Поверхность рычага, контактирующая с кулачком распределительного вала, упрочняется закалкой токами высокой частоты или иным образом. Одним плечом рычаг опирается на торец клапана, другим на шаровидную головку опорного болта или втулку гидравлического толкателя (гидрокомпенсатора). Упорный болт вкручивается в стальную втулку, установленную на резьбе в теле головки блока цилиндров и удерживается от самопроизвольного выкручивания контргайкой. С помощью упорного болта производится регулировка теплового зазора в приводе клапанов. Привод с помощью цилиндрических толкателей (рис. 3.15).

 

Цилиндрический толкатель представляет собой стальной стаканчик, установленный на стержне клапана в специальном отверстии головки блока. На толкатель через стальную регулировочную шайбу воздействует кулачок распределительного вала (в некоторых конструкциях регулировочная шайба устанавливается под толкатель на торец стержня клапана). Привод клапанов с гидравлическими толкателями. 

Гидравлические толкатели могут устанавливаться со всеми типами приводов клапанов (рис. 3.16). В конструкциях, где применяются гидротолкатели, отсутствует зазор в приводе, что обеспечивает безударное набегание и сход кулачка распределительного вала с толкателя, уменьшает шум при работе и устраняет колебания в механизме.

 

1.2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ  НА ДЕФЕКТАЦИЮ ДЕТАЛИ, УЗЛА

Согласно заданию на курсовой проект разрабатываем карту технологических требований на дефектацию "слабой" детали - выпускной клапан. С этой целью были использованы следующие источники:

Руководство по ТО и ТР тепловоза ТЭМ2;

"Ремонт тепловозов" - Норкин Я.А.;

"Технология ремонта тепловозов" - Рахматулин М.Д.;

"Устройство и ремонт тепловозов" - Собенин А.А.;

Таблица 1.1 - Карта технических требований на дефектацию выпускного клапана

 

			ДЕТАЛЬ
			ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН
			НОМЕР ДЕТАЛИ
			ПД-1М-09-010
			МАТЕРИАЛ			ТВЕРДОСТЬ
			Сталь Х10С2М			НВ =141-285
№ на эскизе	Возможные дефекты	Способ установления дефекта, инструмент.	Размеры, мм			Заключение
			Н	Д	П
1	Трещины	Осмотр ПМД - 20	Не допускается			Браковать
2	Нарушение притирки	А) Карандашные риски; Б) Керосинный метод	Ширина пояска			Восстанавливать совместной притиркой, применяя пасту ГОИ-16
			5,2-6,2	5,2-6,2	>8,5
1	Износ тарелки клапана	Спец. прибор для измерения толщины днища	8,0-2,8	8,0-5,8	Менее 1	Восстанавливать наплавкой в среде инертных газов или напылением
4	Раковины, забоины, риски, прогары на притирочной фаске	Осмотр ПМД - 20	Не допускаются			Устранять проточкой с последующей притиркой, применяя пасту ГОИ-16
5	Овальность и конусность штока клапана	Микрометр	0,0-0,02	0,0-0,05	Более 0,15	Устранять проточкой с последующим хромированием и шлифованием
6	Радиальное биение штока	Индикатор часового типа	-	Не более 0,05	Более 0,05	Устранять шлифованием