1.1 Назначение, конструкция и условия работы поршня дизеля Д49 на тепловозе

Шатунно-поршневая группа вместе с коленчатым валом являются основным рабочим механизмом поршневого двигателя внутреннего сгорания. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала при помощи шатуна, сочлененного шарнирно с верхней головкой поршневым пальцем и нижней головкой с шейкой колена вала. Рабочая полость располагается между поршнями. Поршень - наиболее ответственная и напряженная часть двигателя. Он выполняет следующие функции:

обеспечивает требуемую форму камеры сгорания и герметичность внутрицилиндрового пространства;

передает силу давления газов на шатун и систему цилиндра;

управляет открытием и закрытием окон.

В процессе работы на поршень действуют механические нагрузки давления газов и сил инерции, а также высокие тепловые нагрузки в период непосредственного соприкосновения его с горячими газами при сгорании топлива и расширении продуктов сгорания. Дополнительно поршень нагревается от трения о стенки цилиндpa. При нагреве поршня понижаются механические свойства его материала и возрастают термические напряжения в нем. К тому же ухудшается наполнение цилиндра свежим зарядом, из-за чего уменьшается мощность двигателя, появляются условия для заклинивания поршня в цилиндре, ухудшается работа кольцевого уплотнения. Поршень, наряду с достаточной прочностью и жесткостью, должен иметь возможно меньшую массу для уменьшения сил инерции, обладать высокой теплопроводностью и износостойкостью. Конструкция поршня обеспечивает свободное перемещение его в цилиндре и достаточную герметичность для предотвращения прорыва газа из камеры сгорания в картер и попадания масла со стороны картера в рабочую полость цилиндра, что наблюдается при больших зазорах между кольцом и канавкой поршня.

На всех дизелях типа Д49 применен поршень составной конструкции и относительно малой массы, что создает умеренные инерционные нагрузки на детали шатунно-кривошипного механизма.

Общий вид поршня и поршневых колец дизеля Д49 представлен на рисунке 1.

1 - шпилька; 2, 12 - втулки; 3 - палец; 4 - стопорное кольцо; 5 - уплотнительное кольцо; 6 - головка; 7 - кольца компрессионные; 8, 9 - кольца маслосъемные; 10 - расширитель; 11 - тронк поршня; 13 - стакан; 14 - пружина; 15 - проволока; 16 - гайка; а - полость; б, в каналы

Рисунок 1 - Общий вид поршня дизеля Д49

Поршень состоит из стальной головки 6 и алюминиевого тронка 11, скрепленных четырьмя шпильками 1 с гайками 17. Составная конструкция поршня позволяет применить для головки поршня сталь ЭИ415, с необходимыми жаропрочными свойствами, для тронка - антифрикционный алюминиевый сплав АК6 и тем самым позволяет снизить массу поршня.

Головка поршня охлаждается маслом. Из верхней головки шатуна масло поступает в плотно прижатый к ней пружиной 14 стакан 13 и далее по отверстиям б в полость охлаждения а. Из полости охлаждения масло по каналам б и в стекает в картер дизеля.

На режиме номинальной мощности температура головки над верхним компрессионным кольцом не превышает 170 ^оС. Рабочая поверхность тронка покрыта слоем дисульфида молибдена (антифрикционное приработочное покрытие). В отверстия бобышек тронка установлен поршневой палец 3 плавающего типа. Осевое перемещение пальца ограничивается стопорными кольцами 4. Поршень имеет три компрессионных кольца 7 с односторонней трапецией, одно компрессионное прямоугольное (минутное) кольцо 8 и два маслосъемных кольца 9 и 15. Кольцо 9 снабжено пружинным расширителем (экспандером).

Компрессионные кольца 7 изготовлены из высокопрочного чугуна с глобулярным графитом. Трапециевидное сечение колец повышает их подвижность в ручьях. Рабочая поверхность колец покрыта хромом толщиной 0,16-0,25 мм. на глубине 0,05-0,07 мм хром пористый. Ускорение приработки колец по втулке цилиндра достигается покрытием поверхности трения колец гальваническим способом слоем меди толщиной 0,01-0,15 мм и олова толщиной 0,006-0,01 мм.

Маслосъемные кольца изготовлены из легированного чугуна. Верхнее кольцо 8 имеет одну маслосъемную кромку, нижнее 9 - две кромки. Расширитель 10 обеспечивает постоянство давления кольца на втулку цилиндра и увеличивает его маслосъемные свойства. Расположение маслосъемных колец вые оси поршневого пальца улучшает смазку тронка и исключает возможность задира поверхности втулки. Палец поршня 3 изготовлен из легированной стали, азотирован или цементирован. Масло на охлаждение головки поршня поступает из шатунов в среднюю часть головки и затем по отверстиям б в периферийную часть а.