机车制造检修工艺及装备(第3章)

第三章运动件柴油机的运动件一般是指在柴油机中把燃料的热能转换成机械能并由他们实现功率对外输出的部件。运动件包括活塞组、连杆、曲轴、减振器和联轴节，一般统称为活塞曲柄连杆机构。第一节活塞组1．活塞的基本组成与作用活塞组包括：活塞本体、活塞环、活塞销等。活塞本体活塞顶：构成燃烧室，承受高温、高压燃气的作用。活塞环带：安装活塞环。活塞裙部：承受活塞侧推力并起导向作用。活塞环气环：阻止燃烧室中的燃气及新鲜空气泄漏到曲轴箱中去，并传递热量。油环：阻止曲轴箱中的油气进入燃烧室，使机油均匀分布在气缸壁上。活塞销：连接活塞与连杆。活塞的工作条件机械负荷：活塞顶直接受到燃气爆发压力的冲击。活塞销承受往复惯性力的作用。活塞裙部承受侧推力。热负荷：活塞顶直接与高温燃气接触，导致活塞温度升高。摩擦与磨损：活塞往复运动，摩擦面之间的配合。活塞材料的选择比重小、热膨胀系数小传热快热强度高耐磨、耐腐蚀良好的工艺性活塞结构在结构上分为整体式活塞和组合式活塞两种。16V240ZJD型柴油机可用钢顶铝裙和钢顶铁裙两种活塞。16V280型柴油机采用钢顶铝裙活塞。1－第一、二道气环；2－锥面环；3－活塞顶；4－O形密封圈；5－定位销；6－挡圈；7－连接螺栓；8－螺帽；9－活塞裙；10－活塞销装配；11－油环装配；12－弹性套。钢顶铁裙活塞装配钢顶铁裙组合式活塞，采用四组M12×1.5的螺栓和弹性套及螺母，将活塞顶和活塞裙可靠地连接在一起。活塞顶用42CrMoA制造；活塞裙用QT700－2制造。冷却活塞用的机油由连杆杆身中的孔到达小端套，通过活塞销油孔，再经活塞销座进入活塞冷却腔，对活塞进行振荡冷却，最后由活塞裙顶部中央的回油孔流回曲轴箱。活塞采用四环组型式：第一、二道为桶形镀铬气环，第三道为锥形气环，第四道为双钩形油环，三道气环布置在活塞顶上，一道油环布置在活塞裙上。为保证活塞环的气密作用，活塞环的开口位置应依次错开90。每个活塞组质量为38.5kg。钢顶铝裙活塞钢顶铝裙组合式活塞的顶部燃烧室形状与钢顶铁裙活塞相同，铝裙根据铝材要求设计，其余各部结构与铁裙活塞基本相同。每个活塞组质量为34.5kg。GEVO活塞组的组成活塞组主要由活塞头、活塞体、活塞裙、活塞销和活塞环等组成，活塞组的结构如图所示。活塞头和活塞体之间以螺栓紧固，活塞销置于活塞体和活塞裙的活塞销孔里，属浮动式活塞销，在活塞裙的活塞销孔两侧装有挡圈，用于限制活塞销的轴向串动。三道活塞环分别装于活塞头的环槽里，其中，上面两道为气环，下面一道为油环。活塞头活塞顶为浅ω形状，与喷油器的多孔喷嘴所喷射的油束相配合，使气缸内的空气与燃油充分接触和燃烧。活塞头内腔的外周是一个环形冷却油腔，油腔的外周还设有许多油孔通向活塞顶内壁，压力油经上述油腔和油孔去冷却活塞环槽和活塞顶。油腔紧靠活塞环槽，可以有效地降低活塞环和环槽的工作温度，从而减小活塞环及环槽的磨损，避免活塞环弹性松弛和粘结等故障的产生。冷却油腔内设置的向上斜油孔，可有效冷却活塞头的顶部和上部圆柱面，避免顶部过热而出现裂纹和由于圆柱面受热膨胀而产生抱缸故障。活塞头内腔中央与活塞体顶面形成一个较大冷却油腔和冷却表面，用进入此油腔的油去冷却活塞顶中部。环形油腔与中部油腔之间有一个环形凸台，它上面设有螺纹孔和定位销孔，通过螺栓和垫圈把活塞体与活塞头连接起来，活塞体与活塞头之间用定位销定位。活塞头有两道环槽，用于安装气环，一道环槽用于安装油环。活塞体活塞体由球墨铸铁制成，主要用于支撑活塞头和活塞销。球墨铸铁活塞体相对铝活塞体，其活塞销孔可承受更高的压比，因而对于高强化的柴油机，球墨铸铁活塞体具有较大的优势。活塞体上部与活塞头下部共同组成中间和外周两个冷却油腔。由连杆来的润滑油经活塞销孔里的油孔进入外周油腔，用于冷却活塞环槽和活塞顶，另外，通过活塞体上的横向油孔流入中间油腔，去冷却活塞顶中部。在外周油腔，活塞体和活塞头之间用橡胶圈密封。第二节连杆1作用连杆主要是把活塞的直线往复运动变为曲轴的回转运动，并在活塞和曲轴之间传递作用力。连杆工作时承受着由气体压力和活塞组往复运动惯性力所引起的作用力，及连杆本身运动质量的惯性力，这些作用力的大小和方向都发生周期性的变化，使连杆各部分受到压缩、拉伸、和弯曲。结构连杆的结构形式有并列连杆，主副连杆，叉型片式连杆三种。16V240ZJD型柴油机采用并列连杆形式。16V280ZJ型柴油机也采用并列连杆形式。连杆组由连杆体与盖、连杆螺钉、连杆轴瓦、小端衬套和定位套等组成。连杆体与盖用42CrMo钢制造，大端剖分角为40，采用10×60齿形结合，用两根18Cr2Ni4WA钢制造的M33×2连杆螺钉，采用伸长量法紧固，其伸长量为0.56～0.60mm。在紧固连杆螺钉时，螺纹和螺钉头肩面处应涂以润滑脂，以防止这些部位擦伤。连杆轴瓦为钢背铝瓦，与大端孔采用定位舌定位。小端衬套为钢背铜铅合金套。同一台柴油机的连杆质量偏差应小于0.3kg，以使柴油机有较好的动力性能。1－小端衬套；2－连杆体及盖；3－轴瓦；4－连杆螺钉。GEVO连杆组连杆组主要由连杆体、连杆盖、连杆螺栓、连杆小头衬套等组成，它们的结构如图所示。连杆体和盖采用合金钢整体模锻，并经调质处理，具有较高的综合机械性能。由合金钢制成的高强度连杆螺栓，使连杆体与盖的可靠连结。连杆小头衬套由钢背和铜铅锡合金制成。连杆组可分成连杆大头部分、连杆杆身部分和连杆小头部分等三部分。连杆体的大头部与连杆盖、连杆瓦及连杆螺栓组成连杆大头部分，连杆体小头部与连杆小头衬组成连杆小头部分。连杆大头剖分面为斜切口，剖分面与连杆中心线夹角为50º，斜切口采用齿形定位。连杆杆身为工字形截面。第三节曲轴作用曲轴是柴油机中最重要的部件之一。活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的旋转运动，柴油机的功率通过曲轴输出，并直接或间接的驱动配气机构、喷油泵、机油泵、水泵等部件。曲轴组通常由曲轴、曲轴正时齿轮、扭振减振器、泵传动齿轮、弹性连轴节等主要零部件组成。曲轴的一端通过法兰与簧片式弹性联轴节的花键轴法兰相连接，柴油机的功率由此输出，因此该端称为输出端，但从柴油机的前、后方向来说它又称后端。曲轴的另一端装有曲轴正时齿轮、减振器、水泵、机油泵以及机车的辅助装置，因此曲轴的该端称为自由端（前端）。曲轴中部由一些尺寸相同，但彼此位置不同的曲柄部分组成，每个曲柄对V型柴油机来说，对应于左、右两列气缸中位置相同的两个缸。曲柄由主轴径、曲柄销（连杆径）、曲柄臂组成。曲柄销中心到主轴径中心的距离R称为曲柄半径受力柴油机工作时，曲轴受三方面力的作用不断周期性变化的燃气压力和运动质量惯性力所造成的外力和外力矩的作用，这些交变力和交变力矩使曲轴既弯曲又扭转产生交变的疲劳应力。轴系扭振振动和横向振动。轴承不同心、轴承与轴径的摩擦、机体和弹性支承等变形引起的曲轴轴线不正而产生的作用力。要求具有足够的疲劳强度高的弯曲刚度和扭转刚度轴径应耐磨高的加工精度和光洁度16V240ZJD型柴油机曲轴体用合金球铁制造。16V280柴油机曲轴采用42CrMo合金钢锻胚，全纤维挤压成形，具有比铸铁曲轴更高的强度极限和冲击韧性，特别适合用于强化柴油机的要求，轴颈及园角表面经氮化，不仅提高了轴颈的耐磨性，更大大提高了轴颈园角部分的疲劳强度。1－挡圈；2－密封堵；3－曲轴；4－平衡铁；5－螺钉；6－锁紧片；7－销；8－销结构曲轴由曲轴体、密封堵、平衡铁等组成。16V240ZJD型柴油机曲轴体用合金球铁制造。有8位连杆颈，9位主轴颈。控制端有两段锥度为1：50的轴颈，其上分别安装曲轴齿轮和减振器，曲轴输出端设有输出法兰，用八个螺栓与联轴节相连。连杆颈和主轴颈具有中空结构，空腔作为机油油道，曲柄臂出口处用铝堵封死。曲轴有16块平衡铁，每块平衡铁用两个螺钉把在曲柄上，曲轴表面经氮化处理。曲轴组必须经动平衡校验。GEVO曲轴组的组成曲轴组主要由曲轴、锥套、甩油盘和法兰盘等组成，其结构如图所示。法兰盘通过锥套压配于曲轴输出端的轴颈上，它与主发电机转子法兰之间用螺栓紧固联接。甩油盘与法兰盘及后油封盖共同构成曲轴输出端的迷宫式密封结构。曲轴结构曲轴的材料为合金钢，以整体锻造而成。经热处理后改善其机械性能，轴颈表面过氮化处理以提高硬度。曲轴由8个曲柄、自由端轴段和输出端轴段组成。曲轴以9个主轴颈支承于机体的主轴承内，其中输出端设止推轴承。曲轴自由端的法兰安装一个减振器和一个泵驱动齿轮，由该齿轮驱动水泵和润滑油泵。曲轴的输出端，在轴颈上安装曲轴齿轮，经由惰轮带动凸轮轴齿轮。主轴颈和连杆颈均为实心结构，为使润滑油通过主轴颈到连杆颈去润滑连杆轴承，并进而通过连杆流向活塞内冷却，在主轴颈和连杆轴颈上，垂直于曲轴中心线方向均钻有贯通的油孔，并有斜油孔把主轴颈油道与连杆轴颈油道相连。曲轴上的斜油孔从曲柄臂的斜面上钻入，在钻口处拧上油堵。在曲轴的自由端，由一个钻孔与曲轴上的斜油孔连通，此钻孔对着装在曲轴自由端法兰上的减振器油槽，润滑油由此进入减振器内腔。第四节减振器1．扭转振动的基本概念自由扭转振动有阻尼扭转振动有阻尼的强迫扭转振动共振减振器作用、分类作用：为了避免曲轴产生强烈的扭转共振，在机车上均采用扭振减振器，一般安装在扭转振幅最大的曲轴控制端。动力式减振器：依靠减振器自身的动力作用产生反力矩来抵消干扰力矩，起到减振的作用，或改变轴系的固有频率，使临界转速移出工作范围之外。阻尼式减振器：利用阻尼元件吸收曲轴系统干扰力矩的能量。NC67－11A型减振器1－惯性体；2－硅油；3－弹簧片；4－减振器体。12V240ZJD型柴油机采用簧片硅油减振器，硅油起阻尼作用，簧片起动力作用。NC67-11A型减振器为簧片硅油式减振器，由减振器体、惯性体、弹簧片和硅油组成。减振器体以1：50锥度与曲轴配合，用油压装置压装在曲轴自由端的轴颈上，压装行程为10mm，减器体与盖板一起形成环形空腔，以容纳惯性体、弹簧片和硅油。惯性体内圆面及两侧面嵌装了六块锡青铜制成的摩擦环，在惯性体和减振器体的对应位置上开有六个径向槽，每个槽内装有15片2mm厚的60SiCrVA弹簧钢制造的簧片。减振器内部所有间隙内充满粘度很高的甲基硅油。减振器在柴油机上的安装GEVO减振器轴系上设减振器。通过调整减振器的惯性参数和弹性参数来改变轴系的自振频率，与减振器的阻尼一道来降低柴油机的扭转振动。GEVO16型柴油机采用板簧减振器，它属于阻尼弹性减振器。减振器主要由内、外圈、中部的限制块和板簧、两侧板以及连接侧板的螺栓等组成。内圈由螺栓紧固于曲轴自由端的法兰上，由曲轴来的润滑油经内圈的油孔流入减振器内腔，用以板簧间的润滑和增加阻尼的作用。侧板与内、外圈之间用橡胶圈密封，侧板上还设有放气孔。第五节联轴节1作用和分类联接曲轴和主发电机的转子。刚性联轴节：只起到传递扭矩的作用。弹性联轴节：主要起传递扭矩的作用，同时在扭转方向上起弹性和阻尼的作用。同时起到联轴节和减振器的作用。16V240ZJD型柴油机弹性联轴节装配1－齿轮盘；2－联轴节组件；3－花键轴；4－主动盘；5－从动盘；6－油封盖；7－油封法兰；8,17,20,21,26－螺栓；9,19－锁丝；10,14,24,28－O形密封圈；11,16,25－密封胶；12－螺堵；13－滚动轴承；15－纸垫；22－螺母；23－销5×45；27－曲轴螺栓；29－套。结构16V240ZJD型柴油机采用弹性联轴节。弹性联轴节将曲轴与主发电机转子联接在一起，由主动件、从动件及其中间的滚动轴承组成。主动件为花键轴，用42CrMo钢制造，表面氮化，其法兰与曲轴联接。从动件由齿轮盘、主动盘、从动盘、刚性锥套、弹性锥套、支承块、簧片及连接螺栓等组成。其中刚性锥套和弹性锥套通过压装将12组簧片组和支承块紧箍在一起，形成联轴节组件。从动盘与主发电机轴连接，12组簧片组的主片自由地插入花键轴槽内，以弹性的方式传递扭矩，并消除主发电机对柴油机的影响，联轴节内部充满机油，