1. Дизель 16ЧН26/26
Самое большое распространение на грузовых и пассажирских тепловозах, эксплуатируемых на российских железных дорогах, получил дизель 16ЧН26/26. По аббревиатуре можно определить, что дизель имеет 16 цилиндров; 4-тактный; диаметр поршня — 260 мм; ход поршня — 260 мм. Дизель, спроектированный на Коломенском тепловозостроительном заводе командой под руководством главного конструктора Евгения Никитина в начале 60-х годов, получился настолько удачным, что и в настоящее время его ставят на тепловозы нового поколения, такие как 2ТЭ25КМ, 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭП70БС, 2ТЭ116У. Все выше перечисленные грузовые и пассажирские тепловозы объединяет поставленный на них дизель в тандеме с тяговым генератором переменного тока ГС 501*(3), известный как дизель-генераторная установка ДГУ 5Д49*.
Конструктивной особенностью дизеля является V-образный блок дизеля, а значит, и V-образное расположение поршней. Прицепной поршень с прицепным шатуном крепятся к основному шатуну, поэтому, обсуждая шатунно-поршневую группу данного дизеля, уместнее говорить не «шатун», а «шатунный механизм».
2. Шатун и поршень двигателя внутреннего сгорания
Верхняя головка любого шатуна спроектирована для посадки на нее поршня, посредством поршневого пальца, который установлен в отверстии (расточке) поршня и проходит сквозь верхнюю проушину шатуна. Чтобы палец самопроизвольно не вышел из расточки поршня, его по краям фиксируют стопорными кольцами.
Взорвавшиеся газы в цилиндре дизеля давят на поршень, увлекая шатун, одетый на шатунную шейку коленвала*, заставляя коленвал поворачиваться.
Назначение шатуна — преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленвала.
Назначение поршня: образование камеры сгорания между стенками цилиндра, цилиндровой крышкой и головкой поршня; преобразование энергии взорвавшихся газов в возвратно-поступательное движение.
3. Шатунный механизм дизеля 16ЧН26/26
Шатунный механизм дизеля 16ЧН26/26 состоит из основного и прицепного шатунов. Шатуны соединены между собой пальцем, который устанавливается в проушинах главного шатуна.
Прицепной шатун заводится между двух проушин основного шатуна, прислоняется к поверхности пальца и крепится к нему двумя болтами. В пальце отверстия с заранее нарезанной резьбой и масляными каналами. Палец перед постановкой в проушины, предварительно заводится во втулку - подшипник
В верхней головке каждого из шатунов проушина, в которую запрессовываются неразъемный подшипник скольжения — стальная тонкостенная втулка с заливкой из свинцовистой бронзы. Сплав из таких компонентов, не отличающихся высокой прочностью, но имеющих вязкую структуру, не боится кратковременного сухого трения при запуске, пока масло еще не успело подойти к трущимся поверхностям.
В верхней головке шатуна с помощью пальца крепится поршень. Поршневой палец также нуждается в смазке, поэтому в стержне шатуна просверлен осевой канал для прохода масла. Масло, смазав поршневой палец, уходит дальше на охлаждение головки поршня.
Для того чтобы основной шатун одеть на шейку коленвала, нижняя головка шатуна разъемная. Нижняя часть (крышка) крепится к корпусу шатуна четырьмя болтами, а чтобы она не сдвигалась под воздействием крутильных колебаний перпендикулярно оси коленвала, поверхности верхнего стыка и нижней части — крышки имеют зубчатую форму.
В нижней головке шатуна устанавливают разъемный подшипник скольжения, состоящий из верхнего и нижнего вкладышей из тонкостенной стали, залитой свинцовистой бронзой и гальваническим напылением из олова, свинца и бронзы. Нижний вкладыш отличается от верхнего наличием канавки со сквозными отверстиями. Через них масло из шатунной шейки коленвала поступает для смазки трущихся поверхностей шатунов, как основного, так и прицепного.
Толщина разъемных вкладышей должна быть такой, чтобы притянутая шатунными болтами крышка не позволила вкладышам прокрутиться. Если вкладыши провернутся, они перекроют масляные каналы и шатунно-поршневая группа (ШПГ)* выйдет из строя, ведь масло не только смазывает трущиеся поверхности, но и поступает через отверстия в верхних головках шатунов в поршни для их охлаждения.
В любом подшипнике скольжения обязательно соблюдается зазор на масло. Масло в зазоре между вкладышами и осью (или пальцем) создает масляный клин, не позволяя шейке оси (пальцу) обычно выполняемым из твердой стали, изнашивать мягкий слой заливки. В недостаточном зазоре масляный клин не получится, да и сможет ли продавить масло в такой зазор масляный насос - большой вопрос. Если зазор на масло больше расчетного, масло просто будет уходить из такого зазора.
4. Поршень дизеля 16ЧН26/26
Отличительной особенностью поршня дизеля 16ЧН26/26 заключается в том, что он составной. Головка поршня принимает на себя основной удар и температурную нагрузку, поэтому она сделана из жаропрочной стали. А дальше конструкторы команды Никитина пошли на гениальную хитрость, направляющая часть поршня — тронк (в простонародье — юбка) был выполнен из сплава алюминия с присадками, максимально понижающими трение поршня в цилиндре. А какой смысл утяжелять конструкцию, отливая ее из стали, если основная функция тронка — направлять движение поршня в цилиндре? Сверху алюминиевый тронк в дополнение покрывается специальным составом — дисульфидом молибдена. Он уменьшает трение и хорошо отводит тепло, увеличивая срок службы поршня.
Головка поршня крепится к тронку посредством четырех шпилек, на которые накладываются втулки, а уже на них корончатые гайки, которые можно зашплинтовать проволокой для подстраховки от самопроизвольного раскручивания.
Масло поступает в поршень через отверстие в верхней головке шатуна в стакан, плотно прижатый пружиной. В стакан запрессована стальная трубка, умышленно возвышающаяся над поверхностью тронка на 15 мм, чтобы создать своеобразное "масляное озеро", охлаждающее полость головки поршня. Благодаря такому охлаждению, температура над верхним компрессионным кольцом не превышает 170 - 190 ℃. Далее по каналам масло поступает на периферию и по запрессованным трубкам устремляется вниз, падая двумя ручьями в картер дизеля. Резиновое кольцо между головкой поршня и тронком препятствует утечке масла.
Кольца, мощность и масло
Особое внимание уделяют уплотнению поршня, двигающегося в цилиндре. Чем больше взорвавшихся над головкой поршня газов проникнет между поршнем и стенками цилиндра, тем меньше полезной работы ими будет произведено, а масло начнет попадать с масляной ванны (картера) и гореть в камере сгорания. Выполнить поршень с минимальной разницей в диаметрах с цилиндром не получится, при нагреве его попросту заклинит, поэтому решением проблемы стали компрессионные кольца.
Кольца разрезные, выполнены из легированного чугуна и покрыты тонким слоем хрома 0,16 – 0,25 мм. Для улучшения прирабатываемости колец к рабочей поверхности цилиндра на поверхность гальваническим способом нанесены слой меди и слой олова 0,01 мм. Канавки, проточенные в головке поршня для укладки компрессионных колец — ручьи, выполнены в форме трапеции, как и сами кольца. Такая форма улучшает подвижность колец в ручьях и сопротивляемость загоранию в ручьях (нагар, забиваясь в ручьи, часто лишает их подвижности, выводя из строя). Перемычки между ручьями такой формы на порядок прочнее. Три верхних компрессионных кольца трапецевидные, а вот четвертое имеет прямоугольную форму и свое название — «минутное». Почему минутное? Оно имеет срез в 1 градус большим диаметром среза в сторону нижней части тронка. Такая форма и покрытие кольца хромом позволяют ему прирабатываться к поверхности цилиндра в течение минуты.
В пятом по счету ручье, выполненном уже в теле тронка, укладывается маслосъемное кольцо. Его задача — препятствовать проникновению масла в камеру сгорания. Чтобы качество очистки стенок цилиндра от масла не падало по причине износа как кольца, так и стенок цилиндра, под кольцо уложен пружинный расширитель (экспандер). В нижней части тронка еще одно маслосъемное кольцо стали устанавливать в поршне второго исполнения.
Состояние колец напрямую влияет на расход масла, поэтому к качеству изготовления и качеству постановки колец предъявляют особые требования. Кольца в ручьи ставят с определенным зазором. Если зазор будет меньше чертежного, кольцо западет в ручей и перестанет выполнять свои функции. Если зазор больше, кольцо начнет перемещаться в ручье вертикально вверх-вниз, перебрасывать масло от одного кольца к другому (эффект насоса), увеличивая расход масла.
В заключении обращу внимание читателей на наличие терминов, отмеченных снежинкой*, описание назначения которых можно будет встретить в следующих статьях, или информацию о них можно почерпнуть в наших коротких развивающих фильмах на нашем телеграм - канале https://t.me/mihailsilko24. Приглашаем посмотреть более 50 ти коротких обучающих фильмов, посвященных назначению, устройству и принципу работы различных узлов и агрегатов тепловозов и электровозов. Отписаться никогда не поздно, так что заходите на наш канал))). До скорых встреч!