Кольца поршневые насосное действие — Энциклопедия по машиностроению XXL

Оказывается, что главнейшей причиной проникновения смазки в цилиндр является насосное действие кольца, заключающееся в следующем (фиг. 33). При движении поршня вниз нижнее кольцо, очищая смазку с цилиндра и преодолевая тем самым силу сцепления смазки с цилиндром, вызывает нарастание под кольцом масляного давления, которое может доходить до 5—6 атм. Кроме того, под влиянием трения поршневое кольцо при движении поршня вниз прижимается к верхней кромке кольцевого паза, в результате чего под кольцом образуется зазор. Вследствие повышения давления в зазоре между поршнем и цилиндром, масло проникает под кольцо и за кольцо. При движении поршня вверх поршневое кольцо вследствие трения прижимается к нижней кромке кольцевого паза при ударе кольца о нижнюю кромку паза часть масла выдавливается обратно в зазор между поршнем и цилиндром, а часть масла выдавливается в зазор за кольцом и в образовавшийся зазор над кольцом. Таким образом, благодаря такому действию колец масло, как видно, поднимается кверху. Особенно сильное влияние на поток масла кверху оказывает нижнее поршневое кольцо.  [c.38]
При установке поршня в цилиндр поршневое кольцо предварительно сжимают, в результате чего обеспечивается его плотное прилегание к зеркалу цилиндра при разжатии. На кольцах имеются фаски, за счет которых кольцо несколько перекашивается и быстрее притирается к зеркалу цилиндра, и уменьшается насосное действие колец.  [c.19]

Насосное действие компрессионных колец показано на рис. 29, б. Во время движения поршня вниз кольца прижимаются к верхним торцам поршневых канавок, и масло со стенок цилиндра поступает в нижние торцовые зазоры. При обратном движении поршня кольца перемещаются в канавках и выдавливают масло через радиальный зазор в верхний торцовый зазор и далее в пространство над кольцами.  

[c. 74]

Материал поршневых колец должен обладать возможно меньшим коэффициентом трения, так как обычно потери на трение при работе поршней и поршневых колец составляют 50—60% всех механических потерь в двигателе. При плохих эксплуатационных условиях эти потери могут доходить до 70—80%. Поршневые кольца должны иметь высокий коэффициент теплопроводности, так как 75—80% тепла, полученного поршнем, отводится поршневыми кольцами. Кроме того, необходимо, чтобы кольца под влиянием высоких температур не теряли свою упругость. Наиболее эффективное уплотнение поршневыми кольцами достигается при минимальном зазоре между поршнем и втулкой цилиндра, правильной цилиндрической форме втулки и соответствующей чистоте ее зеркала. По мере износа втулки, поршней, поршневых колец, особенно маслосрезывающих, увеличивается расход масла за счет попадания его в камере сгорания, где оно частично сгорает, а частично коксуется, что приводит к пригоранию поршневых колец. Масло в камеру сгорания попадает вследствие насосного действия поршневых колец.

Сущность насосного действия колец четырехтактного дизеля заключается в том, что при движении поршня вниз кольца прижимаются к верхней плоскости ручья, при этом масло, снимаемое кольцами со стенки втулки, заполняет зазоры между кольцом и ручьем. При движении поршня вверх кольца прижимаются к нижней плоскости ручья, при этом масло через зазоры попадает между поршнем и верхней плоскостью кольца. При движении поршня снова вниз кольца прижимаются к верхней плоскости ручья и масло будет выжато в зазор. Таким же образом масло будет подниматься от одного кольца к другому, пока не попадет в камеру сгорания.  [c.157]

Очевидно, чем больше износ поршня, втулки и поршневого кольца по толщине и ширине, тем больше зазоры, и количество масла, подаваемого вверх, увеличивается. Насосное действие колец увеличивается так же при пониженной вязкости масла и при увеличении частоты вращения вала дизеля, так как в этом случае увеличивается скорость поршня, а отсюда и подача масла. Насосное действие колец становится особенно значительным при работе дизеля без нагрузки на повышенной частоте вращения.

В этом случае поршень нагревается незначительно, следовательно, зазоры будут максимальными, а скорость поршня повышенная.  [c.157]

Как для новых двигателей, так и при ремонте и постановке поршневых колец в изношенные цилиндры находят широкое применение стальные витые кольца (см. рис. 2.11, б). В комплекте они хорошо прирабатываются и приспосабливаются к изношенным и деформированным цилиндрам. Также эти кольца в осевом направлении обладают достаточной упругостью, исключающей насосные действия колец в изношенных канавках поршня. Это способствует снижению расхода картерного масла на угар. Однако такие кольца не обеспечивают необходимый отвод теплоты от поршня и их не используют в качестве первого, а в дизелях обычно и второго компрессионных колец.   [c.28]

По высоте кольца должны быть нес ько меньше ширины поршневых канавок и установлены в них с небольшим зазором, примерно 0,05—0,09 мм. Когда поршень 4 движется вверх или вниз, движение показано стрелками, компрессионные кольца соответственно прижимаются то к нижней, то к верхней кромкам канавок, создавая необходимое уплотнение, препятствующее прорыву газов в картер. Однако при этом кольца могут перекачивать масло, снимаемое со стенок цилиндра, в камеру сгорания. Схема такого насосного действия колец показана на рис. 4.8, д. Оно особенно заметно при увеличенном зазоре между кольцом и канавкой поршня.  

[c.33]

Проникновение масла в камеру сгорания очень нежелательно, так как приводит к интенсивному нагарообразованию и ухудшению работы двигателя. Масло в камеру сгорания может попадать в результате разности давлений в картере и цилиндре при такте впуска и вследствие насосного действия поршневых колец. При движении поршня 6 (рис. 30, г) вниз кольца прижимаются к верхним кромкам канавок и масло заполняет зазор между нижними торцами колец и канавками. Когда поршень движется вверх, кольца прижимаются к нижним кромкам канавок и масло выдавливается вверх.  [c.46]

Фиг. 180. Схема насосного действия поршневого кольца.

Установка поршневых колец в ручьи поришя производится только приспособлением, ограничивающим развод замка (см. рис. 3.48, а) После установки проверяют зазор между каждым кольцом и ручьем. При малом зазоре или отсутствии зазора между кольцом и ручьем поршня не обеспечивается игра кольца в ручье, что приводит к прорыву газов, повышенному изнашиванию кольца и зеркала цилиндра, увеличению расхода масла на угар . При большом зазоре возрастает работа удара и, кроме того, усиливается насосное действие кольца, т. е. оно начинает интенсивно перекачивать масло в камеру сгорания.  

[c.170]

---

Поршневые кольца и пальцы

Уплотнительные кольца. Согласно ГОСТ 7133—67 поршневые кольца дизелей должны изготавливаться из серых легированных чугунов с пластинчатым графитом или из чугунов с шаровидным графитом (высокопрочные чугуны). Судовые двигатели имеют кольца, выполненные из чугунов марок СЧ18-36—СЧ28-48. Верхние кольца у некоторых форсированных дизелей (например, М401А) делают из стали.

В свободном состоянии поршневое кольцо имеет диаметр, превышающий диаметр цилиндра D. Часть кольца вырезается, и в этом месте образуется так называемый замок к. Уплотнительные кольца делают, как правило, с косым замком при правом или левом направлении разреза. Часто на один и тот же поршень ставят кольца с правым и левым направлениями разреза, чередуя их. Маслосъемные кольца выполняют обычно с прямым замком.

Рис. 1. Поршневое кольцо

Рис. 2. Формы сечений уплотнительных колец

Рис. 3. Насосное действие уплотнительных колец

Рис. 4. Типы маслосъемных колец и их работа

После заводки кольца вместе с поршнем в цилиндр в замке остается зазор с порядка 0,5—1,5 мм. Поскольку при заводке кольцо было сжато, оно прижимается к стенке цилиндра в силу своей упругости.

Кроме того, кольцо прижимается к стенке цилиндра и к стенке канавки давлением газов. Зазор кольца по высоте канавки составляет а = 0,06-0,30 мм. Уплотняющее действие кольца заключается в том, что энергия просачивающихся газов затрачивается на преодоление сопротивления в зазоре а и на вихревые движения в пространстве с зазором Ь.

У большинства уплотнительных колец радиальная толщина больше высоты. Такие кольца жестче, быстрее прирабатываются к втулке цилиндра и меньше разбивают торцовую поверхность канавки. В то же время кольца с малой радиальной толщиной позволяют уменьшить толщину стенки головки. Трапецеидальная форма сечения применяется для верхних колец поршней с высокой тепловой напряженностью: такие кольца дороже, но менее склонны к пригоранию, лучше уплотняют поршень и способствуют удалению масла со стенок цилиндра.

При установке колец на поршне замки их ставят «вразбежку», т. е. со сдвигом одного относительно другого. Фиксации колец от поворота не делают, так как зафиксированные кольца быстрее пригорают.

Если есть опасность задевания концов кольца за вырезы во втулке (окна в двухтактных двигателях), то эти концы сошлифовывают.

Для повышения износостойкости поршневые кольца покрывают слоем пористого хрома. По ГОСТ 7133—67 такое покрытие обязательно для верхнего кольца четырехтактного дизеля с диаметром цилиндра до 250 мм. Верхние поршневые кольца остальных двигателёй согласно этому стандарту должны иметь приработочное покрытие или приработочные вставки. В качестве приработочного покрытия применяют лужение или омеднение рабочей поверхности кольца. Приработочная вставка делается, например, в виде пояска из меди.

Уменьшению износа колец способствует снятие фаски: острые кромки ухудшают распределение смазки по поверхности трения.

Маслосъемные кольца. Уплотнительные кольца обладают способностью перемещать масло со стенок цилиндра вверх («насосное действие» колец). При движении поршня вниз масло заполняет зазор под кольцом, а при движении вверх оно будет вытесняться в зазор над кольцом. При следующих движениях поршня масло подобным же образом поднимется еще выше и наконец будет перенесено в камеру сгорания. Это приведет к быстрому пригоранию колец, к загрязнению стенок камеры сгорания и к перерасходу масла.

Для предотвращения заноса масла в камеру сгорания служат масло-съемные кольца. Они могут быть с конической внешней поверхностью. В этом случае при движении поршня вверх образуется масляный клин, кольцо давлением масла сжимается и скользит по его слою. При движении вниз кольцо снимает масло со стенок втулки и оно стекает через отверстия внутрь поршня.

Часто применяют маслосъемные кольца с сечением по рис. 4, б. Они имеют кольцевую канавку, проточенную снаружи. Из канавки делают прорези внутрь кольца. Такие кольца, как видно из рисунка, снимают масло со стенок не только при движении поршня вниз, но и при движении его вверх. При установке этих колец на поршне наряду со сбрасывающими отверстиями ниже кольца должны быть отверстия сзади кольца. Конические кольца и кольца с проточкой часто встречаются на одном и том же поршне.

У некоторых двигателей в одну канавку ставят два маслосъемных кольца. Как видно из рис. 4, в, пара таких колец напоминает кольцо с проточкой, но при раздельном изготовлении кольцам может быть придана более удачная форма.

В целях предварительного снятия со стенок цилиндра части масла нижнюю кромку поршня иногда выполняют в виде скребка.

Поршневые пальцы. Технические требования к поршневым пальцам нормируются ГОСТ 8052—67. Этот стандарт предписывает изготовление пальцев из углеродистых или легированных цементируемых и азотируемых сталей, а также из высокоуглеродистых сталей с содержанием углерода до 0,65%, подвергаемых закалке ТВЧ. На флоте для этой цели применяют стали 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗА и др. Как было сказано, внешнюю поверхность пальца цементируют и закаливают или азотируют. В целях облегчения пальцы делают пустотелыми.

Если поршневые пальцы не закрепляются в бобышках и после нагрева поршня при работе двигателя получают возможность вращаться, то такие пальцы называются плавающими. Они равномерно изнашиваются и при нагревании не распирают поршень. Однако зазор пальца в бобышках увеличивает суммарный зазор соединения поршня с шатуном, что приводит к ускоренному износу деталей. Поэтому в крупных двигателях применяют пальцы, закрепленные в бобышках. В двигателях речного флота такие пальцы не встречаются.

Плавающий палец должен быть зафиксирован от смещения вдоль своей оси. Существует несколько способов фиксации пальцев в осевом направлении.

Очень распространена фиксация пальца пружинящими кольцами (их называют также кольцевыми шпонками, кольцами Зегера), вставляемыми в проточку бобышки поршня. Они бывают прямоугольного и круглого сечений. Часто встречается фиксация пальца алюминиевыми заглушками, вставляемыми в расточку пальца или в расточку бобышки. При работе двигателя заглушки скользят вдоль стенки втулки цилиндра и не позволяют пальцу сместиться. Заглушки, вставленные в расточку пальца, имеют сферическую внешнюю поверхность и вставляются в бобышки поршня вместе с пальцем. Если же заглушка вставлена в расточку бобышки, то ее внешняя поверхность обрабатывается по диаметру цилиндра, а поворот предотвращается штифтом. Чтобы под заглушкой не скапливалось масло, сверлят отводящий канал. Нарезанное отверстие служит для ввертывания рыма при снятии заглушки.

Рис. 5. Способы фиксации поршневых пальцев

Палец смазывается в бобышках маслом, вытекающим вдоль пальца из верхней головки шатуна, и маслом, снимаемым со стенки цилиндра. В некоторых двигателях в пальце имеются каналы для принудительного подвода масла к трущейся поверхности бобышки из верхней головки шатуна. Поскольку в этом случае масло может попадать в большом количестве на стенку втулки цилиндра, палец фиксируется заглушкой с уплотняющей прокладкой под ней.

Заглушку крепят к поршню винтами.

Аналогичная герметизация заглушек, стягиваемых шпилькой и опирающихся на бурты поршня, встречается в двигателях ДР 30/50, однако цель герметизации здесь иная: предотвратить утечку продувочного воздуха через полость внутри пальца.

У алюминиевых поршней иногда для пальца в бобышки вставляют бронзовые втулки, более стойкие против износа. У составного поршня двигателя 10Д40 втулка изготовлена из стали и за-плавлена свинцовистой бронзой. В этом двигателе палец фиксируется от осевого смещения внутренним пояском тронка.

Рис. 6. Расчетная схема поршневого пальца

Рис. 7. Поршневые головки шатунов

Рис. 8. Кривошипные головки шатунов

Отъемные головки встречаются лишь в тихоходных двигателях: шатун в данном случае имеет увеличенную массу. В быстроходных и небольших двигателях применяют шатуны с неотъемной кривошипной головкой. При этом появляется технологическая необходимость во вкладышах, заплавляемых антифрикционным сплавом. Один из вкладышей может быть застопорен штифтом от проворачивания, но этого часто не делают: в целях уменьшения габаритов головки шатунные болты располагаются так близко к шейке, что во вкладышах вырезают для них карманы; в данном случае шатунные болты становятся фиксаторами вкладышей. От стопорения вкладышей штифтами отказываются еще и потому, что отверстия для штифтов вызывают концентрацию напряжений в шатуне или в крышке кривошипного подшипника.

Встречаются шатуны, в кривошипной головке которых имеется лишь один — верхний — вкладыш. Нижнюю половинку заплавля-ют антифрикционным сплавом без вкладыша.

Верхнюю половинку кривошипной головки центрируют с пяткой 8 шатуна с помощью выступа и шатунных болтов. Нижняя половинка (крышка кривошипного подшипника) направляется или шатунными болтами, или выступами на краях крышки, а иногда и тем и другим. Между половинками предусматривают наборы прокладок для регулирования масляного зазора. Однако в целях обеспечения большей жесткости подшипника от них часто отказываются даже в тихоходных дизелях.

Кривошипный подшипник смазывается маслом, поступающим под давлением из рамового подшипника по каналам коленчатого вала. Организация смазки кривошипного подшипника усложняется тем, что масло из него должно проходить постоянным потоком в трубку или в осевой канал для смазки головного подшипника. Постоянства потока можно достичь устройством кольцевой канавки с выходом масла к трубке через канал. Однако такая канавка, как известно, снижает несущую способность кривошипного подшипника. Чтобы не нарушать целостности масляного клина в наиболее нагруженной верхней части подшипника, часто ограничиваются одной или двумя канавками, прорезанными на протяжении примерно двух третей окружности в нижней части подшипника,, и отводят масло в осевой канал по наклонным каналам. В этом случае шейка коленчатого вала должна иметь выход масла в двух точках.

В небольших двигателях кривошипная головка часто выполняется с косым разъемом, крышка крепится шпильками, а направляется выступами шатуна и штифтами. Косой разъем делают для удобства обслуживания, а иногда — в технологических целях при унификации шатунов V-образных и однорядных двигателей.

В шатуне, показанном на рис. 8, в, применены тонкостенные вкладыши без регулировочных прокладок. Отказ от прокладок объясняется не только стремлением увеличить жесткость головки, но и тем, что при изменении толщины набора прокладок нарушается круглая форма сечения подшипника. При износе тонкостенный вкладыш заменяют новым.

Шатуны V-образных двигателей речного флота имеют общую для двух цилиндров кривошипную головку. Шатун одного из цилиндров является главным. В ушки его кривошипной головки вставляют палец прицепного шатуна соответствующего цилиндра второго ряда. Нижняя головка прицепного шатуна имеет бронзовую втулку и смазывается маслом, поступающим по каналам. Крышку кривошипного подшипника можно крепить не болтами, а двумя коническими штифтами, вставляемыми в соответствующие ушки.

Кривошипные подшипники заплавляют теми же антифрикционными сплавами, что и рамовые. Иногда верхнюю половинку заплавляют более качественным материалом, чем нижнюю.

Шатунные болты. Кривошипные головки большинства двигателей имеют по два шатунных болта: по одному с каждой стороны. В шатунах с косым разъемом головки встречается по три шпильки с каждой стороны. У шатунных болтов есть пояски, которыми они плотно входят в расточенные отверстия головки. Пояски делают, как правило, в плоскостях стыкования деталей: половинок и головки и верхней половинки с пяткой шатуна. Бывает и иное расположение поясков. Оба болта делают одинаковыми. Исключение составляет двигатель НФД48, имеющий разные болты: у одного направляющий поясок есть только в плоскости стыкования Головки с пяткой шатуна, у другого — только в плоскости стыкования половинок.

Гайки щатунных болтов делают корончатыми, стопорящимися шплинтами. Чтобы болт не проворачивался, его головку фиксируют штифтом. Кроме того, часто предусматривают отверстия для монтажных болтов, удерживающих шатунные болты при сборке и разборке головки.

У небольших двигателей часто оказывается более удобным располагать гайку болта снизу и стопорить его от проворачивания срезом головки. У двигателей с косым разъемом головки приходится применять шпильки , ввертываемые в шатун и застопоренные штифтами.

Шатунные болты — весьма ответственная деталь. Обрыв их ведет, как правило, к крупной аварии: шатун, отделившись от вала, падает вместе с поршнем вниз, пробивая стенки картера, рамы. Заклинив вал, шатун может вывести его из строя.

Во время работы дизеля шатунные болты испытывают растяжение от силы инерции поршня и стержня шатуна, действующей в конце такта выпуска и в начале такта впуска. Эта сила — переменная, близкая к ударной. Болты могут испытывать ударные нагрузки и при заедании поршня. Поэтому ГОСТ 6907—67 предписывает, что шатунные болты четырехтактных дизелей должны изготовляться из легированной стали с механическими свойствами не ниже, чем у стали 40ХН. В двухтактном двигателе силе инерции всегда противодействует давление газа на поршень, вследствие чего шатунные болты могут быть выполнены из менее качественной стали, например марки 35.

Гайки шатунных болтов четырехтактных дизелей согласно ГОСТ 6906—67 должны быть изготовлены из стали 40Х, в обоснованных случаях — из стали 18Х2Н4ВА.

Чтобы избежать концентрации Напряжений, шатунные болты должны быть чисто обработаны, не иметь резких переходов от одного сечения к другому, рисок, царапин, забоев. Резьба делается мелкой и чистой, без заусенцев и задиров.

Никаких дополнительных напряжений среза, изгиба шатунные болты не должны испытывать. Поэтому равномерность прилегания головки и гаек проверяют по краске. Затяжка болтов должна быть достаточной для обеспечения жесткости соединения, но не чрезмерной: при перетяжке может быть превышен предел текучести материала и болт при работе двигателя порвется. Шатунные болты затягивают с определенной силой, указываемой в инструкции. Если имеется динамометрический ключ, допускающий затяжку гаек лишь моментом определенной величины, то следует пользоваться только им. Длина болта контролируется микрометрической скобой: появление остаточного удлинения является браковочным признаком болта. Гайки болтов должны надежно шплинтоваться, причем применение шплинта несоответствующего размера не допускается.

Поскольку болт испытывает переменные напряжения, он может порваться вследствие усталости металла. Поэтому в срок, указанный в инструкции по эксплуатации двигателя, шатунные болты необходимо заменять независимо от внешнего состояния. Пренебрежение сроками смены шатунных болтов весьма опасно, и на флоте, к сожалению, еще происходят аварии по данной причине.

Поршневые кольца

Для обеспечения надежного уплотнения поршня в цилиндре на поршнях устанавливают уплотнительные кольца. Для регулирования подачи масла к трущимся поверхностям втулки цилиндра установлены маслосъемные (маслосрезывающие) кольца. Весь комплект колец (уплотнительных и маслосъемных) служит для уплотнения надпоршневого пространства и ограничения потерь масла «на угар». От конструктивно-технологических особенностей Поршневых колец, а также от состояния их в эксплуатации экономичность дизелей по расходу масла может меняться в 5-10 раз. Поэтому к качеству изготовления поршневых колец, материалу и качеству пригонки по канавкам (ручьям) поршней предъявляют высокие требования.

Кольца ставят в канавки поршней с определенным зазором. Постановка кольца с малым зазором может привести к заеданию кольца в канавке и ухудшению его уплотнительных свойств. Постановка кольца с увеличенным зазором повышает насосное действие колец, заключающееся в том, что кольцо, имея зазор по высоте, при работе поршня попеременно прижимается то к низу, то к верху канавки. При этом масло Периодически перекачивается от одной канавки к другой (рис. 71, а). С одной стороны, это насосное действие колец благоприятствует работе цилиндро-поршневой группы, так как обеспечивает подачу масла к верхнему поясу цилиндровой втулки, но, с другой, — приводит к увеличению расхода масла и иагарооб-разованию.

Форма сечения поршневых колец для разных дизелей различна (рис. 72, а). Наиболее простейшую и часто встречающуюся форму уплотнительных колец — прямоугольную (рис. 72, а) имеют кольца поршней дизелей типа Д100 и некоторых других. Дизели типа Д49 имеют кольца трапециевидной формы (рис. 72, б), такую же форму имеют два верхних кольца поршней дизеля ПД1М. Трапециевидная форма канавок поршня усиливает перемычки между соседними канавками и уменьшает нагар в канавках за счет самоочистки. Форма второй пары уплотнительных колец поршней дизеля ПД1М прямоугольная с коническим скосом (рис. 72, в). Эти кольца обеспечивают повышенное давление за счет узкой цилиндрической поверхности и хороший контакт со стенками цилиндров.

Рис. 71. Схемы иасосиого действия уплотиительных колец (а, б, в) и схема скребкового действия масло-съемиых (г) поршневых колец:

1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — уплот-нительное кольцо; 4 — маслосъемиое кольцо

Второе и четвертое кольца поршней дизеля 1 ОД 100 на наружной поверхности имеют с двух сторон скосы для лучшей приработки, а между скосами в средней части имеют выточку, в которую завальцовывается бронзовое кольцо (рис. 72, г). Бронзовое кольцо-вставка улучшает первоначальную приработку кольца к поверхности цилиндровой втулки. Бронзовая вставка изнашивается быстрее чугунного кольца, образуя на стенке цилиндра металлическую пленку, которая предохраняет стенку от задиров.

Маслосъемные кольца должны иметь узкую опорную поверхность и большую упругость для создания высокого давления на стенку. Их форма должна обеспечивать скребковое действие, чтобы регулировать количество масла, оставляемого на стенках цилиндра. Наиболее эффективны кольца коробчатого типа (рис. 72, д, е, ж). На поршнях дизелей типа Д100 применяют два типа коробчатых колец: с прорезями (см. рис. 72, д) и без прорезей (см. рис. 72, е). Коробчатые кольца с двойной скребковой поверхностью (см. рис. 72, ж) устанавливаются на поршнях дизелей типов Д49 и ПД1М. У этих колец по периметру канавки профрезерованы двенадцать радиальных сквозных пазов, Таким образом, кольцо состоит как бы из двух частей — верхней и нижней, соединенных узкими перегородками, которые остаются после фрезеровки сквозных отверстий. Как верхняя, так и нижняя часть кольца имеют конусный срез в одну сторону. Такая конструкция дает возможность маслосъемному кольцу при движении поршня вверх скользить по маслу, при движении вниз острыми кромками соскабливать масло со стенок цилиндров (см. рис. 72, г). Маслосъемиое коробчатое кольцо поршня дизеля 2А-5Д49 имеет экспандер (пружинное кольцо).

Материал поршневых колец должен обладать возможно меньшим коэффициентом трения, так как обычно потери на трение при работе поршней и поршневых колец составляют 50- 60% всех механических потерь в двигателе. Поршневые кольца должны иметь высокий коэффициент теплопроводности, так как 75-80% тепла, полученного поршнем, отводится порш-

Рис. 72. Формы сечений и замки поршневых колец:

а — прямоугольное; б — трапециевидное; в — коническое с узким опорным пояском; г — прямоугольное с медной вставкой; д — скребковое с прорезью; е — скребковое без прорези, ж — коробчатое с двойной скребковой поверхностью; з — кольцо с прямым замком; и — кольцо с косым замком; к — кольцо со ступенчатым замком невыми кольцами. Кроме того, необходимо, чтобы кольца под влиянием высоких температур не теряли свою упругость. Наиболее эффективное уплотнение поршневыми кольцами достигается при минимальном зазоре между поршнем и втулкой цилиндра, правильной цилиндрической форме втулки и соответствующей чистоте обработки ее поверхности (зеркала). По мере износа втулки, поршней, поршневых колец, особенно маслосъемных, увеличивается расход масла за счет попадания его в камеру сгорания, где оно частично сгорает, а частично коксуется, что приводит к пригоранию поршневых колец.

Верхнее уплотнительное кольцо находится не только в тяжелых температурных условиях, но испытывает и наибольшую силовую нагрузку. Если принять максимальное давление в цилиндре за единицу, то 0,75 приходится на первое кольцо, 0,20 на второе и 0,05 на третье. Поэтому первое и второе кольца изготавливают из более прочного материала и хромируют.

У поршней дизеля 1 ОД 100 кольца изготавливают из высокопрочного чугуна. Кольца первой и третьей канавок хромированы, а на внешней части проточены маслоудерживающие канавки и нанесено приработочное мед-но-дисульфидмолибденовое покрытие. Остальные уплотнительные кольца выполнены с бронзовыми вставками.

Кольца поршней дизелей Д49 и ПД1М также изготовлены из высокопрочного легированного чугуна. Трапециевидные кольца поршней (поверхности трения о цилиндр) покрыты пористым хромом, что повышает срок службы колец в 3-4 раза и уменьшает износ цилиндровых втулок. Пара колец прямоугольного сечения с коническим скосом поршней дизеля ПД1М для улучшения приработки покрыта тонким слоем полуды.

Замки поршневых колец выполняют преимущественно косыми (рис. 72, и). У дизеля 1 ОД 100 первое и третье у нижнего и только одно верхнее у верхнего поршней кольца имеют прямые замки (рис. 72, з). Такие же замки имеют трапециевидные кольца, а также маслосъемные кольца поршней дизеля ПД1М. Маслосъемные кольца поршней дизеля 1 ОД 100, не имеющие сквозных прорезей, выполняют со ступенчатым замком (рис. 72, к).

⇐ | Поршни | | Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт | | Шатуны | ⇒

Основные разновидности поршневых колец

Поршневые кольца предназначены для обеспечения герметичности внутрицилиндрового пространства, т.е. для предотвращения прорыва газов из этого пространства в картер двигателя. Одновременно поршневые кольца отводят в стенки цилиндра большую часть воспринимаемого днищем поршня тепла и препятствуют проникновению масла из картера двигателя внутрь цилиндров. В современных быстроходных, отличающихся высокой степенью сжатия двигателях поршневые кольца применяют трех видов:

Компрессионные кольца

Компрессионные поршневые кольца работают в очень тяжелых условиях, они подвергаются воздействию высоких температур, работают в условиях полужидкостного трения с большой переменной скоростью скольжения, а так же испытывают воздействие значительных сил давления газов, внутренних сил упругости и сил трения. Компрессионные кольца должны предотвратить попадание отработавших газов из камеры сгорания в кривошипную камеру. Для обеспечения необходимой герметичности нужны минимальный зазор между поршнем и стенкой цилиндра, наличие в этом зазоре устойчивой масляной пленки и высококачественная обработка поверхности цилиндра и поршня. Компрессионные кольца уплотняют поршень при помощи создаваемого ими лабиринта и прижатия колец к поверхности цилиндра. Проходя через этот лабиринт, состоящий из торцевых и радиальных зазоров между кольцами и стенками кольцевых канавок, газы постепенно расширяются, вследствие чего их давление и скорость истечения снижаются.

Маслосъемные кольца
Целью их работы является максимальное уменьшение расхода масла, при постоянной и достаточной смазке деталей скольжения и одновременно минимальная газопроницаемость. Вследствие насосного действия компрессионных колец, а так же разряжения в цилиндре во время всасывания в камеру поступает масло, где оно частично сгорает. Маслосъемные кольца снимают лишнее масло со стенок цилиндров и предотвращают по мере возможности попадание смазочного масла в камеру сгорания.

Компрессионно-маслосъемные кольца (комбинированные)
Компрессионно-маслосъемные кольца совмещают в себе основную функцию компрессионных и маслосъемных колец, это означает, они в основном предотвращают попадание отработавших газов в кривошипную камеру и снимают лишнее масло со стенки цилиндра.

изображение колец	описание поршневых колец
	R-Цилиндрическое компрессионное поршневое кольцо. ET-Полутрапециевидное компрессионное поршневое кольцо. T-Трапециевидное компрессионное поршневое кольцо 6?/15 .
	M-Коническое поршневое компрессионное кольцо. SM-Коническое поршневое компрессионное кольцо с уменьшенным углом наклона рабочей поверхности. N-Скребковое компрессионное поршневое кольцо. NM-Скребковое коническое компрессионное поршневое кольцо.
	S-Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с прорезями.
	G-Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с параллельными фасками.
	D-Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо со сходящимися фасками.
	SSF-Коробчатое прорезное маслосъемное поршневое кольцо.
	GSF-Маслосъемное коробчатое поршневое кольцо с параллельными фасками с витым пружинным расширителем.
	DSF-Маслосъемное коробчатое поршневое кольцо со сходящимися фасками и витым пружинным расширителем.
	SLF-Маслосъемное поршневое кольцо со стальными пластинами.
	UF-U-образное пружинное маслосъемное поршневое кольцо.
	SEF-Маслосъемное поршневое коробчатое кольцо с прорезями и с расширителем.
	FF-Фасонное эластичное маслосъемное поршневое кольцо.

Поршневая группа

Поршневая группа состоит из поршня, поршневых колец, поршневого пальца, деталей для удержания пальца от осœевого перемещения, крепежных деталей.

Поршень, относящийся к числу наиболее ответственных и напряженных деталей двигателя, выполняет следующие функции:

1. обеспечивает требуемую форму камеры сгорания и герметичность внутрицилиндрового пространства;

2. передает силу давления газов на шатун и стенку цилиндра;

3. управляет открытием и закрытием окон (выполняет функции распределительного устройства) в двухтактных двигателях со щелœевой схемой газообмена.

На поршень действуют механические нагрузки от давления газов и сил инœерции, 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 цилиндра. При перегреве поршня понижаются механические свойства его материала и возрастают термические напряжения в нем. Вместе с тем, в данном случае ухудшается наполнение цилиндра свежим зарядом, что ведет к уменьшению мощности двигателя, возможно заклинивание поршня в цилиндре, ухудшается работа кольцевого уплотнения, а также появляются преждевременные вспышки или детонационное сгорание в двигателях с внешним смесеобразованием. Поршни двигателœей внутреннего сгорания наряду с достаточной прочностью и жесткостью должны иметь меньшую массу для уменьшения сил инœерции, обладать высокой теплопроводностью и износостойкостью.

Основными элементами поршня являются днище и боковые стенки. Боковые стенки образуют уплотняющую (верхнюю) и направляющую (нижнюю) части. Днище вместе с уплотняющей частью образуют головку поршня, а направляющую (тронковую) часть называют юбкой поршня.

На рис. 1.10.а показана конструкция поршня дизельного двигателя. Поршень имеет форму стакана, форма днища которого определяет форму камеры сгорания. Днище воспринимает давление газов и в связи с этим должно быть весьма прочным. Форма днища должна соответствовать форме и расположению струй топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания.

В двигателях с внешним смесеобразованием и относительно невысокой степенью сжатия наиболее распространен поршень с плоским днищем (рис. 1.10.б).

В двухтактных двигателях со щелœевой схемой газообмена днищу придают форму, которая способствует созданию нужного направления движения продувочного воздуха.

На наружной поверхности в головке поршня имеются канавки для поршневых колец, служащих для уплотнения цилиндра от прорыва газов и попадания смазки из картера в камеру сгорания. На внутренней поверхности юбки поршня имеются бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца.

Для изготовления поршней используют чугун, алюминиевые и магниевые сплавы, а также сталь. Большей частью поршни делают из чугуна и алюминиевых сплавов.

Чугунные поршни отличаются высокими прочностью и износостойкостью и малым коэффициентом линœейного расширения, но имеют большую массу.

а б

Рис. 1.10. Поршни двигателœей

Поршни из алюминиевых сплавов обладают меньшей прочностью и износостойкостью, но значительно легче чугунных и применяются в двигателях с высокой частотой вращения. Поршень, изготовленный из алюминиевого сплава, несмотря на большую толщину стенок, на 25–30% легче чугунного. Теплопроводность алюминиевых сплавов в 3–4 раза выше, чем у чугуна, в связи с этим температура днища поршней из алюминиевых сплавов ниже, чем температура днища чугунных поршней. В результате этого соответственно ниже температура заряда, лучше наполнение цилиндра и имеется возможность осуществить большую степень сжатия в двигателях с внешним смесеобразованием. Следует отметить также, что вследствие меньшего коэффициента трения алюминиевых сплавов понижается мощность, затрачиваемая на преодоление трения поршней в цилиндре.

Существенным недостатком алюминиевых сплавов является относительно высокий коэффициент линœейного расширения (в 2–2,5 раза больше, чем у чугуна), в связи с этим поршни из этих сплавов нужно устанавливать в цилиндре с большим зазором. Значительные зазоры затрудняют пуск двигателя и вызывают стуки при работе непрогретого двигателя, а также при работе его на малых нагрузках.

Во время эксплуатации двигателя больше всœего нагревается головка поршня. По этой причине диаметр ее делают обычно несколько меньше диаметра юбки. Для лучшей приработки стенки поршней из алюминиевых сплавов и чугунных поршней часто покрывают слоем олова толщиной около 0,01–0,1 мм.

Поршни двигателœей с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом, в отличие от поршней двигателœей с тронковым кривошипно-шатунным механизмом, разгружены от нормальной силы. По этой причине юбка поршня должна быть небольшой длины. Крепление поршня со штоком жесткое, без поршневого пальца.

Охлаждение поршней осуществляется в большинстве случаев маслом. В двигателях с тронковым кривошипно-шатунным механизмом поршни охлаждаются струей масла из системы смазки, направленной на внутреннюю сторону днища через канал в шатуне и сопло, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ установлено в верхней головке шатуна.

Поршневые кольца по своему назначению делятся на компрессионные (уплотнительные) и маслосъемные (маслосбрасывающие).

Компрессионные кольца ставят для предупреждения прорыва газов в картер во время сжатия и расширения. Вместе с тем, они служат для отвода теплоты от поршня. Компрессионные кольца работают в тяжелых условиях, совершая возвратно-поступательное движение при высоких нагрузке, скорости скольжения и температуре. Кольца нагреваются от соприкосновения с горячими газами и нагретыми стенками поршня, а также вследствие трения о стенки цилиндра. Работа трения поршневых колец составляет приблизительно 40–50% механических потерь в двигателœе.

Кольцо должно плотно прижиматься к внутренней поверхности цилиндра. Для этого кольцо изготовляют разрезным, и его диаметр в свободном состоянии несколько больше диаметра цилиндра, причем радиус кривизны поршневого кольца в свободном состоянии должен быть переменным. Когда кольцо сжато и вставлено в цилиндр, оно принимает цилиндрическую форму и оказывает давление на стенки, равное 0.05–0.30 МПа и более. Во время работы давление кольца на стенки увеличивается, так как проникающие через зазоры между кольцом и поршнем газы прижимают кольцо к стенкам цилиндра. На поршне ставится несколько компрессионных колец. На рис. 1.11 показана схема их уплотняющего действия.

Рис. 1.11. Уплотняющее действие поршневых колец

Опытные данные, приведенные на рис. 1.11, показывают, что при наличии трех компрессионных колец на поршне давление после третьего кольца составляет всœего лишь 7.6% от давления в цилиндре. В двигателях с внешним смесеобразованием, с относительно невысокими давлениями сжатия и расширения поршни имеют по два-четыре компрессионных кольца. В дизелях вследствие более высоких давлений в цилиндре число компрессионных колец составляет три-шесть. Необходимость в большем числе компрессионных колец в дизелях связана также с условиями пуска. При низкой частоте вращения вала во время пуска требуемую температуру легче обеспечить при большом числе компрессионных колец из-за меньшей утечки сжимаемого воздуха.

Для изготовления компрессионных колец применяется серый чугун с повышенным содержанием фосфора и с присадками хрома, никеля или молибдена, придающими материалу кольца необходимую прочность, вязкость и хорошие антифрикционные свойства. Для лучшей прирабатываемости и повышения его износостойкости на кольцо наносят различные покрытия из олова или свинца, применяют пористое хромирование и т. п. Кольца чаще всœего изготовляют прямоугольного сечения с различным отношением высоты кольца к радиальной толщинœе. Разрез кольца или так называемый замок должна быть прямым, косым или ступенчатым. При надевании колец на поршень замки у отдельных колец смещают один относительно другого на 120–90⁰. В двухтактных двигателях со щелœевой схемой газообмена во избежание поломки колец их положение на поршне обычно фиксируют стопорными штифтами.

Маслосъемные кольца служат для удаления излишка масла с рабочей поверхности гильзы и предупреждения возможности попадания его в камеру сгорания, особенно в двигателях с тронковым кривошипно-шатунным механизмом, вследствие разбрызгивания масла. Часть попавшего на стенку цилиндра масла в результате так называемого насосного действия компрессионных колец выжимается в камеру сгорания и вызывает не только излишний расход смазочного материала, но и повышенное нагарообразование, а также закоксовывание, особенно верхних колец. Насосное действие компрессионных колец показано на рис. 1.12.

Во время движения поршня вниз кольца прижимаются к верхним торцам поршневых канавок, и масло со стенок цилиндра поступает в нижние торцовые зазоры. При обратном движении поршня кольца перемещаются в канавках и выдавливают масло через радиальный зазор в верхний торцовый зазор и далее в пространство над кольцами.

Рис. 1.12. Насосное действие поршневых колец

На поршне устанавливают одно-три маслосъемных кольца. Их располагают на конце направляющей части (юбки) поршня и на его головке ниже компрессионных колец. Важно заметить, что для сбрасывания масла с зеркала гильзы наружную поверхность кольца делают конической или с фаской, обращенной в сторону камеры сгорания. При движении вверх кольца “всплывают” на масляном слое, при движении вниз острая кромка соскабливает масло. Для удаления масла, собирающегося под кромкой, в стенке поршня просверливают радиальные отверстия. Часто в маслосъемных кольцах делают также канавки с отверстиями. Форма компрессионных и маслосъемных колец показана соответственно на рис. 1.13а,б.

а б

Рис. 1.13. Форма компрессионных (а) и маслосъемных колец (б)

Поршневой палец служит для шарнирного соединœения поршня с шатуном в тронковом кривошипно-шатунном механизме. Сечение пальцев должна быть сплошным или кольцевой формы, что уменьшает массу пальца. Концами палец устанавливается в бобышках поршня, среднюю часть его охватывает подшипник верхней головки шатуна.

В двигателях старых конструкций для фиксации от осœевого перемещения палец запрессовывался в гнезда и стопорился болтом. От проворачивания палец удерживался шпонкой. Существенным недостатком такой установки пальца было то, что нагрев пальца вызывал деформацию юбки, а это служило причиной заклинивания поршня.

По этой причине в современных двигателях широкое применение имеет так называемый плавающий палец, который может свободно поворачиваться какв верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня. От осœевого перемещения палец фиксируется пружинными стопорными кольцами. Вследствие наличия некоторой свободы перемещения и возможности поворачиваться вокруг своей оси во время работы плавающий палец изнашивается меньше и износ получается более равномерным по его поверхности.

При работе на поршневой палец действуют большие силы, переменные по величинœе и направлению, в связи с этим для его изготовления используют высококачественную углеродистую или легированную сталь. Рабочую поверхность пальца обычно цементируют с последующей термической обработкой для придания ей большей твердости.

Поршневые кольца

Поршневые кольца

Компрессионные кольца, кроме основной функции, обеспечивают отвод значительной доли теплоты от поршня в стенки цилиндра. Конструкции наиболее распространенных в автотракторных двигателях компрессионных колец приведены на рис. 11.6.

Кольца с прямоугольным поперечным сечением (рис. 11.6, а) просты в изготовлении, имеют большую площадь контакта по рабочей поверхности со стенкой цилиндра, что способствует хорошему теплоотводу от головки поршня в систему охлаждения. Однако их недостатком является трудность приработки рабочей поверхности к зеркалу цилиндра.

Кольца с конической рабочей поверхностью («минутные») имеют угол наклона рабочей поверхности к зеркалу цилиндра 15…30′ (рис. 11.6, б). Благодаря повышенному давлению на рабочей (нижней) кромке они быстро прирабатываются, после чего приобретают все качества колец с прямоугольным сечением. Однако производство таких колец более сложное.

Достоинства прямоугольного и конического сечений в значительной мере объединены в конструкции скручивающихся (торсионных) колец (рис. 11.6, г, д, к). В рабочем состоянии такое кольцо скручивается за счет большей его деформации в верхней зоне сечения, и его рабочая поверхность контактирует с зеркалом цилиндра под углом, работая как «минутное» кольцо. Это способствует быстрой его приработке. Однако такие кольца плохо контактируют со стенками канавки, что затрудняет теплообмен через них между головкой поршня и стенкой цилиндра.

Бочкообразная рабочая поверхность кольца (рис. 11.6, в) (симметричная или асимметричная) обеспечивает оптимальное распределение масла по ходу поршня, исключает кромочный контакт кольца с цилиндром и, следовательно, разрыв масляной пленки при перекладке поршня. Такое кольцо быстро и хорошо прирабатывается к зеркалу цилиндра.

Кольца с поперечным сечением в виде односторонней или двусторонней трапеции (рис. 11.6, е, ж) и с прямоугольной или бочкообразной рабочей поверхностью хорошо противостоят приго-ранию даже при повышенных температурах в зоне канавки. Осевое и радиальное движения поршня при перекладке приводят к изменению зазора между торцовыми поверхностями кольца и канавки поршня, что вызывает разрушение нагара в нем. Кольца с односторонней трапецией из-за их несимметричности обладают всеми свойствами торсионных колец.

Конический скос в виде проточек нижней части рабочей поверхности у скребковых колец (рис. 11.6, з) приводит к уменьшению ее площади и, следовательно, к увеличению радиального давления кольца на зеркало цилиндра. Такое кольцо, оставаясь компрессионным, может частично выполнять функцию маслосъемного.

Нижнее компрессионное кольцо иногда выполняют торсионным (рис. 11.6, к) с обратным закручиванием вследствие расположения ослабляющей проточки в нижней части сечения и одновременного наклона рабочей поверхности. При скручивании его в рабочем положении обеспечивается контакт с цилиндром по нижней кромке. По функциональным качествам оно близко к скребковому кольцу.

Лабиринтное уплотнение компрессионных колец обладает насосным действием, т. е. способствует перекачке масла из зазора в камеру сгорания.

Маслосъемные кольца регулируют режим смазывания. Их конструкция должна обеспечивать хороший съем со стенок излишков масла, а также распределение его по зеркалу цилиндра в виде пленки постоянной толщины.

Компрессионные поршневые кольца двигателя внутреннего сгорания

Компрессионные поршневые кольца работают в тяжёлых условиях (в особенности верхнее кольцо). Вследствие непосредственного контакта с горячими газами, а также из-за большой работы трения компрессионное кольцо подвергается сильному нагреву, что влечёт за собой значительные затруднения в формировании его надёжного смазывания, в особенности при положении поршня в верхней мёртвой точке (в.м.т.). В данной зоне пара первых колец работает практически в условиях полусухого трения, что приводит к их повышенному износу (вместе с соответствующим участком цилиндра).

Компрессионные кольца, устанавливаемые в верхнюю поршневую канавку, как правило, имеют прямоугольную либо трапециевидную форму [рис. 1, а)]. Прямоугольные кольца не только хорошо уплотняют надпоршневое пространство, но и просты конструктивно и в производстве. Воздействуя на кольцо, силы газов плотно закрывают газовый стык по нижнему торцу, а также по рабочей поверхности кольца, что способствует повышенной теплоотдаче от поршня к цилиндру и хорошему уплотнению [рис. 2, а)]. В прямоугольных кольцах, имеющих относительно большую высоту, с целью улучшения смазки на рабочей цилиндрической поверхности выполняется проточка одной либо нескольких канавок, чьи кромки имеют небольшую коничность либо скругления.

Рис. 1. Конструктивные схемы поршневых колец автомобильных двигателей.

а) – Компрессионное поршневое кольцо из чугуна:

1) – Прямоугольное компрессионное кольцо;

2) – Трапециевидное компрессионное кольцо;

3) – Торсионное компрессионное кольцо;

4) – Торсионное компрессионное кольцо;

5) – Коническое компрессионное кольцо;

6) – Коническое компрессионное кольцо;

7) – Скребковое компрессионное кольцо;

8) – Скребковое компрессионное кольцо;

б) – Маслосъёмное коробчатое кольцо из чугуна;

в) – Витое компрессионное кольцо из стали;

г) – Витое четырёхэлементное маслосъёмное кольцо из стали:

1) – Кольцевые элементы;

2) – Осевой расширитель;

3) – Радиальный расширитель;

д) – Витое трёхэлементное маслосъёмное кольцо из стали:

1) – Кольцевые элементы;

2) – Двухфункциональный расширитель.

Трапециевидные компрессионные кольца (применяются в двигателях А-41, СМД-60, А-01М, КамАЗ и ЯМЗ) меньше подвержены закоксовыванию, чем прямоугольные, из-за того, что при из радиальных перемещениях происходит резкое изменение объёма торцевого зазора между канавкой и кольцом, приводящее к увеличению прокачки масла через зазор и устранению условий для коксования масла в зазоре [рис. 2, е)]. Трапециевидные кольца вместе с поршнями с трапециевидными канавками имеют и минусы: сложность изготовления и высокую цену. Помимо этого, они имеют большую склонность к поломкам и износам не только самого кольца, но и канавки, в сравнении с прямоугольными компрессионными кольцами.

Рис. 2. Схема работы компрессионных поршневых колец.

а) – Схема уплотняющего действия поршневого кольца:

1) – Гильза цилиндра;

2) – Головка цилиндра;

3) – Поршень;

б) – Замок поршневого кольца:

1) – Косой замок;

2) – Прямой замок;

3) – Прямой замок со стопорным винтом;

в) – Торсионное кольцо в свободном состоянии;

г) – Торсионное кольцо в рабочем состоянии;

д) – Компрессионное кольцо с конической наружной поверхностью;

е) – Компрессионное кольцо, имеющее в поперечном сечении форму односторонней трапеции.

Компрессионные конические кольца (применяются в двигателях Д-160, Д-240) хорошо прирабатываются, ввиду того, что вначале кольцо прилегает к цилиндру только нижней кромкой. Из-за специфичности работы данных колец их, как правило, устанавливают во вторую и третью канавки поршня.

Компрессионные торсионные кольца (применяются в двигателях ЗИЛ-130, Д-50, ЗМЗ-53, СМД) имеют на своей внутренней поверхности (в верхней части) выточки либо фаски. Это даёт возможность кольцу приобретать хорошие маслосъёмные качества, а также быстро прирабатываться. Однако при перекосе и специфичном скручивании такого кольца происходит уменьшение осевого зазора в поршневой канавке, что влечёт за собой пригорание и поломку кольца. Торсионные кольца целесообразно использовать только в промежуточных канавках поршня.

Компрессионные кольца, которые предназначены для установки в процессе эксплуатации в изношенные цилиндры, изготавливаются с небольшой выточкой, расположенной на верхней кромке рабочей поверхности [рис. 1, а)]. Данная выточка исключает поломку верхнего кольца путём предотвращения набегания кромки кольца на уступ, формирующийся в верхней части цилиндра в процессе его износа. Посредством своевременной замены изношенных поршневых колец на специальный ремонтный комплект можно увеличить ресурс двигателя (на 30-50%) до капитального ремонта.

Компрессионные поршневые кольца изготавливаются из серого перлитного хромтитаномедистого чугуна, легированного ванадием, вольфрамом либо молибденом. Рабочая поверхность верхних компрессионных колец покрывается слоем хрома с целью повышения износостойкости. Чтобы облегчить приработку колец на поверхности хрома формируют специальный пористый слой малой толщины. В местах высокого удельного давления данный слой быстро истирается, при этом масло, скопившееся в порах, препятствует задиру и заеданию. Общая толщина наружного пористого слоя на компрессионном кольце составляет 0,03-0,06 мм, а слоя хрома – 0,12-0,14 мм.

Для компрессионных колец высокофорсированных дизельных двигателей хромовому покрытию посредством соответствующей механической обработки придаётся бочкообразная форма. Это позволяет достичь лучшей приработки, резко снизить износ и исключить возможность возникновения задира колец в цилиндре. На компрессионные кольца некоторых двигателей (на слой хрома либо непосредственно на основной материал кольца) наносится молибденовый слой, который за счёт высокой твёрдости, высокой температуры плавления и микропор (хорошо удерживают смазку) обладает повышенными противоизносными и высокими антизадирными свойствами.

Витые компрессионные поршневые кольца из стали применяются не только для новых двигателей, но и при ремонте и установке поршневых колец в изношенные цилиндры [рис. 1, в]. В комплекте они не только хорошо прирабатываются, но и приспосабливаются к деформированным и изношенным цилиндрам. Данные кольца в осевом направлении обладают требуемой упругостью, которая исключает насосные действия колец в изношенных поршневых канавках, что способствует снижению расхода (на угар) картерного масла. К недостаткам витых компрессионных колец можно отнести то, что они не обеспечивают заданный отвод теплоты от поршня и их не применяют в качестве первого, а в дизельных двигателях — второго компрессионных колец.

17*

Похожие материалы:

Поршневые кольца для насосов — Euroring BV

Поршневые кольца для насосов — Euroring BV

Подробнее Перейти к продукту Подробнее Продукты class = «post-681 page type-page status-publish has-post-thumbnail hentry»

страница-заголовок-большой.php

Необходимость перекачивать жидкости и газы повсюду. Процесс откачки осуществляется посредством колебательного или вращательного движения. Наши поршневые кольца выполняют важную функцию для повышения эффективности этих насосов.

В поршневом насосе поступательное движение обеспечивает необходимое сжатие, как показано ниже.Коленчатый вал вращается и «толкает» шатун с поршнем вперед-назад. Поршневые кольца герметизируют пространство для сжатия и обеспечивают сжатие.

Аксиально-поршневой насос

При уровнях давления от высокого до очень высокого, превышающего 1500 бар, высококачественная отделка поршневого кольца играет решающую роль. Euroring производит поршневые кольца в соответствии с вашими техническими характеристиками и / или мы помогаем разработать наилучшее возможное уплотнение в консультации с вами.

Применяемые материалы и последующая обработка:
— Различные типы чугуна
— Высококачественная сталь
— (самосмазывающиеся) Бронза
— Азотирование в ванне и газе

Типы замков:
— газонепроницаемые, тип E
— (дюйм) боковой разрез, тип G / H
— ступенчатый разрез, тип D

В диафрагменных насосах диафрагма перемещается за счет линейно-осевого перемещения поршня посредством поршневых колец.Затем происходит смещение среды посредством подавления.

Компрессионное поршневое кольцо с

Большим преимуществом этого типа насоса является то, что жидкости, воздух, газы и пары могут транспортироваться и сжиматься без ущерба, например, от смазочных материалов.

Насосы можно найти в:
— Химическая промышленность
— Бумажная промышленность
— Очистка питьевой воды
— Цементная промышленность
— Автомобильная промышленность

Возможные варианты колец:
— Круглый протектор, Тип E007
— Блокирующее кольцо, Тип E001
— Носовое кольцо, Тип E501

Что делает 2-е поршневое кольцо? Объяснение назначения и функции!

Пакеты поршневых колец спроектированы так же тщательно, как и любая высокопроизводительная деталь, но «средний ребенок» может быть самым неправильно понятым. Вот взгляд на науку, которая входит в дизайн второго кольца.

С момента изобретения металлического поршневого кольца в начале промышленной революции (которое, как вы можете утверждать, в конечном итоге сделало паровую мощность непрактичной), постоянно совершенствовались и совершенствовались технологии уплотнения цилиндров для этих, казалось бы, простых деталей. Кольцевой пакет преследует три основные цели: удерживать давление в камере сгорания как при такте сжатия, так и во время рабочего хода, передавать тепло от поршня к стенкам цилиндра, откуда оно может быть удалено с помощью воздушного или жидкостного охлаждения, и контролировать смазку для ограничения расхода масла. и нежелательные выбросы.

Обычный автомобильный кольцевой затвор должен работать в гармонии, чтобы герметизировать давление сгорания, контролировать масло и передавать тепло в блок цилиндров.

В то время как легко взглянуть на верхнее кольцо или масляное кольцо внизу и интуитивно понять их вклад в достижение этих целей, второе кольцо представляет собой большую загадку. Что он должен делать и зачем это нужно? Как используемые материалы и физические свойства второго кольца влияют на производительность? Чтобы ответить на эти вопросы, мы обратились к старшему техническому менеджеру по работе с клиентами Алану Стивенсону, ведущему источнику знаний о поршневых кольцах.

Обратите внимание на изящную форму крючка на краю кольца. Это 2-е кольцо Napier-style, и этот «крючок» помогает ему отводить масло от стенки цилиндра, когда поршень скользит вниз по отверстию цилиндра.

Для нашего первого вопроса мы спросили Стивенсона, играет ли второе кольцо роль в сдерживании сжатых или горючих газов. «Было время, когда отверстия были настолько плохими с точки зрения обработки поверхности, округлости и так далее, а материалы колец были намного хуже, так что раньше поршни имели четыре кольца; два для компрессионного уплотнения, один для очистки масла и один для перекачки масла », — поясняет он.«Терминология не поспевает за технологиями. Называть современное второе кольцо компрессионным — неправильное название ».

Так каков вклад современного второго кольца в уплотнение камеры сгорания? Пер Стивенсон, «Незначительно. Были опубликованы документы SAE, которые доказывают, как увеличенные зазоры второго кольца на самом деле увеличивают уплотнение и мощность верхнего кольца. Уплотнение горения — это 100% работа верхнего кольца ». В сочетании с другими характеристиками поршня роль второго кольца в этом отношении заключается в поддержании как можно более низкого давления в щели между ним и верхним кольцом, обеспечивая любой прорыв, который заставляет его пройти мимо верхнего компрессионного кольца, способ быстро побег в картер.

В то время как маслосъемные кольца выполняют основную часть работы по «откачке» масла от поверхности стенки цилиндра, второе кольцо играет жизненно важный валок, соскребая его с поверхности цилиндра.

«Канавка аккумулятора работает вместе с большими зазорами 2-го кольца», — объясняет Стивенсон. «Короче говоря, всегда будет некоторая утечка давления сгорания за верхнее кольцо из-за движения вторичного поршня и поперечного люка цилиндра. Любое давление, которое проходит мимо верхнего кольца, имеет тенденцию попадать в ловушку между верхним и вторым кольцами, что затем оказывает давление на верхнее кольцо снизу, что приводит к дрожанию кольца (особенно на высоких оборотах).Канавка гидроаккумулятора создает дополнительный объем, который снижает давление. Здесь применяется закон Бойля; объем и давление имеют обратную зависимость, поэтому увеличение объема снижает давление. Соединение этого с более крупными зазорами второго кольца обеспечивает более плавный выход захваченного газа из этого пространства и снижает флаттер верхнего кольца ».

Поскольку второе кольцо специально не предназначено для использования в качестве уплотнения под давлением, оно часто имеет конструкцию, совершенно отличную от верхнего компрессионного кольца.Стивенсон говорит: «Многие верхние кольца имеют скосы внутреннего диаметра, которые заставляют их скручиваться противоположно силам, действующим на них, чтобы помочь удерживать их ровно в канавке для лучшего уплотнения. Вторые кольца имеют противоположный скос, поэтому они на самом деле скручиваются не в ту сторону, чтобы улучшить герметичность ».

Поскольку кольца продолжают уменьшаться в размерах для уменьшения трения, материалы и производство становятся все более критичными. Углеродистая сталь является предпочтительным материалом для большинства применений , особенно для более поздних моделей, и предлагает надежность и долговечность, намного превосходящую более ранние, более толстые кольца.

Итак, установив, что второе кольцо определенно не предназначено для обеспечения уплотнения сжатия или сгорания, как насчет второй основной цели пакета колец — передачи тепла от поршня к стенкам цилиндра, где им можно управлять? системой охлаждения? Может показаться, что относительно небольшой контакт колец между поршнем и отверстием не может быть значительным путем для теплопроводности, но оказывается, что именно он является основным источником.Пер Стивенсон: «Здесь много переменных, но кольца передают около 70 процентов тепла сгорания от поршня в систему охлаждения».

Остальные 30 процентов уходят по другим каналам, таким как радиационное и конвекционное охлаждение нижней стороны поршня в воздух внутри картера, кондуктивное охлаждение за счет контакта между юбкой поршня и расточкой цилиндра, а также тепло, отводимое через брызги масла от коленчатого вала. парусность. Некоторые двигатели даже используют масляные распылители в нижней части отверстия каждого цилиндра, которые направляют брызги смазки на нижнюю часть поршней, специально для того, чтобы способствовать охлаждению.

Более тонкие поршневые кольца имеют гораздо большую вероятность повреждения при установке , чем более старые кольца. Использование компрессора с коническим кольцом абсолютно необходимо при создании двигателя последней модели.

Несмотря на другие источники теплопередачи, кольцевой пакет принимает на себя большую часть нагрузки, когда речь идет о поддержании допустимой рабочей температуры поршня. Из ранее упомянутых 70 процентов общего тепла поршня: «Верхнее кольцо передает 45 процентов, второе кольцо — 20 процентов, а масляное кольцо — 5 процентов», — говорит Стивенсон.Хотя второе кольцо определенно играет свою роль в этой важной задаче, оно все же не является основной причиной присутствия кольца.

Как оказалось, второе кольцо имеет гораздо большее отношение к контролю смазки, чем «масляное кольцо» под ним. «Второе кольцо — это то, что очищает масло», — объясняет Стивенсон. «Масляное кольцо — это то, что собирает его и откачивает от стенок цилиндра через отверстия для возврата масла в канавке масляного кольца». Основная функция второго кольца заключается в непрерывном удалении излишков масла из отверстия — при вращении кривошипа масло, выходящее из находящихся под давлением подшипников на больших концах штока, постоянно выбрасывается за поршнем, покрывая стенки отверстия.

Когда поршень движется вниз по каналу цилиндра, второе кольцо «соскребает масло со стенок цилиндра, обеспечивая смазку и предотвращая попадание масла в зону сгорания двигателя».

При ходе вниз второе кольцо и масляное кольцо работают совместно, очищая все, кроме небольшого количества масла, и возвращая его по отверстию в поддон. Стивенсон говорит: «Верхние кольца всегда будут получать скрытую смазку за счет масла, застрявшего в поперечном люке стенок цилиндра». Это та микроскопическая текстура на отверстии, которая удерживает достаточно масла, чтобы свести к минимуму трение между пакетом колец и стенкой цилиндра, в то время как второе кольцо предотвращает попадание слишком большого количества масла через верхнее кольцо в камеру сгорания.

Теперь, когда мы понимаем назначение каждого кольца в упаковке, мы можем понять, почему для верхнего и второго колец часто используются разные материалы и сечения колец. «Требования и предполагаемая функция верхнего и второго колец, безусловно, различаются, поэтому часто используются разные материалы», — продолжает Стивенсон. «В целом лучший материал верхнего кольца — сталь. Конечно, некоторые стали лучше, чем другие, но по мере того, как кольца становятся меньше и удельная производительность увеличивается, требования к верхнему кольцу (которое подвергается наибольшим злоупотреблениям) становятся самыми высокими.”

Переместите канавку на поршне вниз, и при выполнении другой работы требования к используемому материалу будут ниже. Пер Стивенсон: «Многие вторые кольца гоночных двигателей по-прежнему изготавливаются из чугуна или ковкого чугуна. Второе кольцо не находится под достаточным напряжением и температурой, чтобы требовать стали ». Форма кольцевого профиля также оказывает существенное влияние на то, насколько эффективно оно удаляет масло, а также на то, сколько трения оно создает, и внутренний и внешний диаметры играют роль.«Фаски находятся на внутреннем диаметре кольца и определяют направление вращения кольца, чтобы облегчить соскабливание», — говорит Стивенсон. Если смотреть в поперечном сечении, то скошенное кольцо имеет один край внутреннего диаметра, вырезанный под углом — как указывает Стивенсон, это побуждает кольцо динамически скручиваться в канавке, когда оно движется вниз по отверстию, и фокусирует дополнительное давление на внешнем углу. для более эффективного удаления излишков масла.

Газовые порты — это еще один способ, с помощью которого конструкторы поршней могут управлять работой колец.Позволяя давлению сгорания достигать задней стороны верхнего кольца, они увеличивают мощность кольцевого уплотнения, уменьшая трение при трех других тактах.

«Конус, Нэпье и ступеньки — все это вариации формы внешнего диаметра», — продолжает он. Цель всех этих профилей состоит в том, чтобы сконцентрировать контакт в узкой полосе, чтобы повысить эффективность соскабливания. Как следует из названия, сужающийся внешний профиль вверху уже, чем внизу, в то время как ступенчатый кольцевой профиль имеет то, что выглядит как выемка в поперечном сечении, ориентированная по направлению движения при ходе вниз.Кольцо Napier, названное в честь известной британской инженерной фирмы D. Napier & Son, которая первоначально разработала профиль, на самом деле имеет поднутрение под углом или даже имеет форму крючка по внешнему диаметру, что еще больше уменьшает площадь контакта и обеспечивает пространство для очищенного масла. выход из отверстия цилиндра. «В общем, самый эффективный скребок — Napier, за ним следует ступенчатый, а затем конусный. Запустите Napier, если он подходит для вашего диаметра отверстия и подходит для канавки в поршнях », — заключает Стивенсон.

Какой тип комбинации вы используете, также повлияет на оптимальный выбор для вашего пакета колец, включая второе кольцо. Стивенсон советует: «Более тонкие вторые кольца более распространены в двигателях с сухим картером, вытягивающих большие объемы поддельного вакуума». Поскольку вакуум в картере помогает кольцевому уплотнению по всем направлениям, можно получить желаемые результаты, не работая так же сильно со вторым кольцом. «Естественный аспиратор без использования вакуума обычно должен быть 1,5 мм или больше, в то время как принудительная индукция должна давать более крупные кольца размером 1/16 дюйма», — добавляет он.

Установка правильного зазора между кольцами имеет первостепенное значение для достижения желаемых рабочих характеристик двигателя. . При любых эксплуатационных характеристиках зазор 2-го кольца должен быть больше, чем зазор верхнего кольца, чтобы обеспечить выход прорыва и предотвратить колебание кольца от нарушения уплотнения верхнего кольца.

«Конечно, все зависит от диаметра отверстия; это почти можно представить как отношение размера кольца к размеру отверстия », — предупреждает Стивенсон. «Большой четырехцилиндровый двигатель с наддувом отлично контролирует масло с 1-м цилиндром.Кольцо диаметром 2 мм, в то время как для большого блока диаметром 4,600 дюйма лучше использовать кольцо диаметром 1/16 дюйма. Когда дело доходит до контроля масла, эффективность картера также зависит от существенных факторов. Современные двигатели с блоками с глубокими юбками, сегментированными масляными поддонами, ветровыми поддонами и очисткой / очисткой кривошипа — все это влияет на то, сколько масла подбрасывается в цилиндры. Чем больше масла присутствует, тем тяжелее работа второго кольца ».

Как видите, проектирование и проектирование второго кольца — сложная тема, но, к счастью, эксперты Wiseco обладают коллективным опытом во всех формах сборки высокопроизводительных двигателей, чтобы дать вам надежный совет для ваших конкретных потребностей.Хотя мы не можем охватить все в одной технической статье, мы надеемся, что то, что вы узнали здесь, поможет вам лучше понять « почему », стоящую за спецификациями кольцевого пакета, и в полной мере воспользоваться знаниями, полученными от сотрудников Wiseco, когда составляя свою собственную комбинацию.

Поршневой насос — обзор

Предпосылки

Нержавеющая сталь широко используется в авиационных двигателях и жидкостных системах. Типичные области применения включают топливные и гидравлические трубки, штифты, болты, гайки, зажимы, насосы, поршни, воздуховоды и клапаны для удаления воздуха.Сплавы включают аустенитные марки (например, 304, 316, 321, 347, 21-6-9 и Nitronic 60), мартенситные марки (например, 410, 431, 440C) и дисперсионно-твердеющие марки (например, PH 13-8. Пн, 17-4 PH, AM350).

Все аустенитные нержавеющие стали в той или иной степени подвержены SCC (Washko and Aggen, 1990). Восприимчивость зависит от нескольких факторов, включая окружающую среду, температуру, чувствительность к точечной и щелевой коррозии, а также металлургическое состояние (отожженный, холоднодеформированный, сварной).Инициированию SCC может способствовать плохой дизайн, например: острые углы и щели, а также остаточные напряжения от производства.

Особенно важной проблемой является «сенсибилизация» или «распад сварного шва». Многие аустенитные нержавеющие стали подвержены сенсибилизации, которая возникает, когда стали подвергаются воздействию определенных температурных диапазонов, например во время сварки. Карбиды хрома осаждаются на границах зерен и истощают прилегающую матрицу хрома, необходимого для поддержания коррозионной стойкости.Стали становятся восприимчивыми к межкристаллитной коррозии, которая в сочетании с растягивающими напряжениями может считаться разновидностью SCC.

Сенсибилизации аустенитных марок можно избежать, используя Ti-содержащие или (Nb + Ta) стабилизированные стали, такие как 321 и 347, или марки с низким содержанием C, такие как 304L и 316L, которые могут выдерживать кратковременные высокие температуры во время сварки ( Вашко и Агген, 1990; Вандер Воорт, 1990). Любую имеющуюся сенсибилизацию обычно можно обратить путем отжига после сварки.Однако, если это не будет сделано правильно, все же можно ожидать отказов SCC.

Также важно отметить, что сенсибилизация может происходить в мартенситных и дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталях. Примеры приведены в следующих подразделах.

Поршневой насос — обзор

Поршневые насосы

Поршневой насос внешне похож на двигатель легкового автомобиля, и простая конструкция с одним цилиндром была показана ранее на Рисунке 2.2b. Однако такой простой насос, подающий единичный импульс жидкости за оборот, генерирует недопустимо большие импульсы давления в системе.Поэтому в практических поршневых насосах используется несколько цилиндров и поршней для сглаживания подачи жидкости, и много изобретательности вкладывается в разработку многоцилиндровых насосов, которые удивительно компактны.

Объем поршневого насоса можно легко вычислить:

Q = (количество поршней) × (площадь поршня) × (ход поршня) × (скорость привода)

На рисунке 2.12 показан один из видов радиально-поршневого насоса. Насос состоит из нескольких полых поршней внутри неподвижного блока цилиндров. Каждый поршень имеет подпружиненный впускной и выпускной клапаны.При вращении внутреннего кулачка жидкость относительно плавно передается от впускного порта к выпускному.

Рисунок 2.12. Радиально-поршневой насос

В насосе, показанном на Рисунке 2.13, используется тот же принцип, но с неподвижным кулачком и вращающимся блоком цилиндров. Такая конструкция не требует наличия нескольких впускных и выпускных клапанов и, следовательно, проще, надежнее и дешевле. Неудивительно, что большинство радиально-поршневых насосов имеют такую ​​конструкцию. Подобно шестеренчатым и лопастным насосам, радиально-поршневые насосы могут обеспечивать увеличенный рабочий объем за счет использования нескольких узлов, приводимых в действие общим валом.

Рисунок 2.13. Поршневой насос со стационарным кулачком и вращающимся блоком

Альтернативной формой поршневого насоса является осевая конструкция, показанная на рис. 2.14, где несколько поршней расположены во вращающемся цилиндре. Ход поршней приводится в движение неподвижной наклонной пластиной, называемой наклонной шайбой. Каждый поршень может удерживаться в контакте с наклонной шайбой с помощью пружин или вращающейся тарелки башмака, связанной с наклонной шайбой.

Рисунок 2.14. Осевой насос с наклонной шайбой

Производительность насоса регулируется изменением угла наклонной шайбы; чем больше угол, тем больше смещение.С наклонной шайбой вертикальное смещение равно нулю, и поток можно даже изменить. Угол наклона шайбы (и, следовательно, рабочий объем насоса) можно легко контролировать дистанционно с помощью отдельного гидроцилиндра.

Альтернативной формой аксиально-поршневого насоса является насос с наклонной осью, показанный на Рисунке 2.15. Ход поршней достигается за счет угла между приводным валом и вращающимся блоком цилиндров. Производительность насоса можно регулировать путем изменения угла приводного вала.

Рисунок 2.15. Насос с наклонной осью

Поршневые насосы имеют очень высокий объемный КПД (более 98%) и могут использоваться при самых высоких гидравлических давлениях. Но они громоздкие и шумные. Будучи более сложными, чем лопастные и шестеренчатые насосы, они, соответственно, дороже, и для их обслуживания требуется больше навыков. Таблица 2.1 дает сравнение различных типов насосов.

Таблица 2.1. Сравнение типов гидравлических насосов

)

Тип	Максимальное давление (бар)	Максимальный расход (л мин. –1 )	Переменный рабочий объем	Положительный рабочий объем
									3000	Нет	Нет
Шестерня	200	375	Нет	Да
Лопатка	200	400	Да	350	750	Да	Да
Аксиально-поршневой (с клапаном)	500	1500	Да	Да
In-line	9018 9018 9018 4 9018 9018 9018 9018 9018 Да	Да

Цифры в таблице 2.1 являются типичными значениями, и каталоги производителей должны быть проверены для конкретного применения. Рабочий объем шестеренчатых, лопастных и радиально-поршневых насосов можно увеличить с помощью нескольких узлов. Доступны специальные насосы для давления до 7000 бар при малых расходах. Подачу от центробежных и шестеренчатых насосов можно регулировать, изменяя скорость двигателя насоса с частотно-регулируемым приводом (VF).

Полезная информация о поршневых насосах прямого вытеснения

Что такое поршневой насос прямого вытеснения?

Насос прямого вытеснения (PD) перемещает жидкость, многократно охватывая фиксированный объем и перемещая ее механически через систему.Перекачивающее действие является циклическим и может приводиться в действие поршнями, винтами, шестернями, роликами, диафрагмами или лопастями.

Как работает поршневой насос прямого вытеснения?

Несмотря на то, что существует большое разнообразие конструкций насосов, большинство из них можно разделить на две категории: поршневые и роторные.

Поршневые поршневые насосы

Поршневой поршневой насос работает за счет повторяющихся возвратно-поступательных движений (ходов) поршня, плунжера или диафрагмы (Рисунок 1).Эти циклы называются возвратно-поступательными.

В поршневом насосе первый ход поршня создает вакуум, открывает впускной клапан, закрывает выпускной клапан и втягивает жидкость в камеру поршня (фаза всасывания). Когда движение поршня меняется на противоположное, впускной клапан, теперь находящийся под давлением, закрывается, а выпускной клапан открывается, позволяя выпускать жидкость, содержащуюся в поршневой камере (фаза сжатия). Велосипедный насос — простой пример. Поршневые насосы также могут быть двойного действия с впускным и выпускным клапанами с обеих сторон поршня.В то время как поршень с одной стороны находится в состоянии всасывания, с другой стороны, он сжимается. Более сложные радиальные версии часто используются в промышленных приложениях.

Плунжерные насосы работают аналогично. Объем жидкости, перемещаемой поршневым насосом, зависит от объема цилиндра; в плунжерном насосе это зависит от размера плунжера. Уплотнение вокруг поршня или плунжера важно для поддержания работы насоса и предотвращения утечек. В общем, уплотнение плунжерного насоса легче обслуживать, поскольку оно неподвижно в верхней части цилиндра насоса, тогда как уплотнение вокруг поршня постоянно перемещается вверх и вниз внутри камеры насоса.

В диафрагменном насосе для перемещения жидкости вместо поршня или плунжера используется гибкая мембрана. За счет расширения диафрагмы объем насосной камеры увеличивается, и жидкость всасывается в насос. Сжатие диафрагмы уменьшает объем и вытесняет жидкость. Преимущество мембранных насосов в том, что они являются герметичными системами, что делает их идеальными для перекачивания опасных жидкостей.

Циклическое действие поршневых насосов создает импульсы на нагнетании, при которых жидкость ускоряется во время фазы сжатия и замедляется во время фазы всасывания.Это может вызвать разрушительные вибрации в установке, и часто используется какая-либо форма демпфирования или сглаживания. Пульсации также можно свести к минимуму, используя два (или более) поршня, плунжера или диафрагмы, один из которых находится в фазе сжатия, а другой — на всасывании.

Повторяемое и предсказуемое действие поршневых насосов делает их идеальными для приложений, где требуется точное дозирование или дозирование. Изменяя частоту хода или длину хода, можно получить измеренные количества перекачиваемой жидкости.

Ротационные поршневые насосы

В роторных поршневых насосах для перекачки жидкостей используется действие вращающихся зубчатых колес или шестерен, а не движение вперед и назад поршневых насосов. Вращающийся элемент образует жидкостное уплотнение с корпусом насоса и создает всасывание на входе в насос. Жидкость, всасываемая в насос, заключена в зубьях его вращающихся зубчатых колес или шестерен и передается на нагнетательный патрубок. Простейшим примером ротационного насоса прямого вытеснения является шестеренчатый насос.Шестеренчатый насос бывает двух основных конструкций: внешний и внутренний (рисунок 2).

Насос с внешним зацеплением состоит из двух взаимоблокирующихся шестерен, поддерживаемых отдельными валами (один или оба этих вала могут иметь привод). Вращение шестерен захватывает жидкость между зубьями, перемещая ее от входа к выходу вокруг корпуса. Никакая жидкость не передается обратно через центр между шестернями, потому что они заблокированы. Точные зазоры между шестернями и корпусом позволяют насосу развивать всасывание на входе и предотвращать обратную утечку жидкости со стороны нагнетания.Утечка или «проскальзывание» более вероятны для жидкостей с низкой вязкостью.

Шестеренчатый насос с внутренним зацеплением работает по тому же принципу, но две взаимоблокирующие шестерни имеют разные размеры, причем одна вращается внутри другой. Полости между двумя шестернями заполнены жидкостью на входе и транспортируются к выпускному отверстию, откуда она вытесняется под действием меньшей шестерни.

Шестеренчатые насосы нуждаются в смазке перекачиваемой жидкостью и идеально подходят для перекачивания масел и других жидкостей с высокой вязкостью.По этой причине шестеренчатый насос не должен работать всухую. Точные допуски между шестернями и корпусом означают, что эти типы насосов подвержены износу при использовании с абразивными жидкостями или сырьем, содержащим унесенные твердые частицы.

Две другие конструкции, похожие на шестеренчатый насос, — это кулачковый насос и пластинчатый насос.

В кулачковом насосе вращающимися элементами являются кулачки, а не шестерни. Большим преимуществом этой конструкции является то, что лепестки не соприкасаются друг с другом во время перекачивания, что снижает износ, загрязнение и сдвиг жидкости.В пластинчатых насосах используется набор подвижных лопаток (подпружиненных, находящихся под гидравлическим давлением или гибких), установленных во смещенном от центра роторе. Лопатки плотно прилегают к стенке корпуса, и захваченная жидкость транспортируется к выпускному отверстию.

Другой класс ротационных насосов использует один или несколько винтов с сеткой для перемещения жидкости вдоль оси винта. Основным принципом этих насосов является принцип работы винта Архимеда, конструкция которого использовалась для орошения в течение тысяч лет.

Каковы основные характеристики и преимущества поршневого насоса прямого вытеснения?

Есть два основных семейства насосов: поршневые и центробежные.Центробежные насосы могут работать с более высокими расходами и жидкостями с более низкой вязкостью. На некоторых химических заводах 90% используемых насосов будут центробежными. Однако есть ряд применений, для которых предпочтительны поршневые насосы прямого вытеснения. Например, они могут работать с жидкостями с более высокой вязкостью и могут более эффективно работать при высоких давлениях и относительно низких расходах. Они также более точны, когда важен учет.

Каковы ограничения поршневого насоса прямого вытеснения?

В целом поршневые насосы более сложны и трудны в обслуживании, чем центробежные насосы.Они также не способны создавать высокие скорости потока, характерные для центробежных насосов.

Насосы прямого вытеснения менее пригодны для перекачивания жидкостей с низкой вязкостью, чем центробежные насосы. Для создания всасывания и уменьшения проскальзывания и утечек роторный насос использует уплотнение между его вращающимися элементами и корпусом насоса. Это значительно уменьшается при использовании жидкостей с низкой вязкостью. Точно так же труднее предотвратить проскальзывание клапанов в поршневом насосе с подачей с низкой вязкостью из-за высокого давления, создаваемого во время перекачивания.

Пульсирующий выброс также характерен для поршневых насосов прямого вытеснения и особенно для поршневых насосов. Пульсация может вызвать шум и вибрацию в трубных системах и проблемы с кавитацией, которые в конечном итоге могут привести к повреждению или отказу. Пульсации можно уменьшить за счет использования нескольких насосных цилиндров и демпферов пульсаций, но это требует тщательного проектирования системы. С другой стороны, центробежные насосы обеспечивают плавный постоянный поток.

Возвратно-поступательное движение поршневого насоса также может быть источником вибрации и шума.Поэтому важно построить очень прочный фундамент для этого типа насоса. Вследствие высокого давления, создаваемого во время цикла откачки, также важно, чтобы насос или нагнетательная линия имели некоторую форму сброса давления в случае блокировки. Центробежные насосы не нуждаются в защите от избыточного давления: в этом случае жидкость просто рециркулирует.

Корм, содержащий высокий уровень абразивных твердых частиц, может вызвать чрезмерный износ компонентов всех типов насосов, особенно клапанов и уплотнений.Хотя компоненты поршневых насосов прямого вытеснения работают на значительно более низких скоростях, чем компоненты центробежных насосов, они по-прежнему подвержены этим проблемам. Это особенно характерно для поршневых и плунжерных поршневых насосов и шестеренчатых ротационных насосов. С этим типом подачи лопастной, винтовой или диафрагменный насос может быть подходящим для более требовательных применений.

В следующей таблице приведены возможности центробежных и объемных насосов.

Сравнение насосов: центробежные и поршневые

Имущество	Центробежный	Вытяжной
Диапазон эффективной вязкости	Эффективность снижается с увеличением вязкости (макс.200 Cp)	Эффективность увеличивается с увеличением вязкости
Допуск давления	Расход меняется при изменении давления	Поток нечувствителен к изменению давления
	КПД снижается как при более высоком, так и при более низком давлении	КПД увеличивается с увеличением давления
Грунтовка	Требуется	Не требуется
Расход (при постоянном давлении)	Константа	Пульсирующий
Резка (разделение эмульсий, суспензий, биологических жидкостей, продуктов питания)	Высокоскоростной двигатель повреждает чувствительные к сдвигу среды	Низкая внутренняя скорость.Идеально подходит для перекачивания жидкостей, чувствительных к сдвигу

Каковы основные области применения поршневых насосов прямого вытеснения?

Насосы прямого вытеснения

обычно используются для перекачивания жидкостей с высокой вязкостью, таких как масла, краски, смолы или продукты питания. Они предпочтительны в любом приложении, где требуется точное дозирование или выход высокого давления. В отличие от центробежных насосов, производительность поршневого насоса прямого вытеснения не зависит от давления, поэтому они также предпочтительны в любой ситуации, когда подача нерегулярна.Большинство из них самовсасывающие.

Тип насоса PD	Заявка	Характеристики
Поршневой насос	Вода — мойка под высоким давлением; другие жидкости с низкой вязкостью; добыча нефти; покраска	Возвратно-поступательное действие с поршнем (поршнями), уплотненными уплотнительными кольцами
Плунжерный насос		Возвратно-поступательное движение с плунжером (-ами), уплотненным набивкой
Мембранный насос	Используется для дозирования или дозирования; опрыскивание / очистка, водоподготовка; краски, масла; коррозионные жидкости	Самовсасывающий, без уплотнения, малый расход и высокое давление
Шестеренчатый насос	Перекачивание высоковязких жидкостей в нефтехимической, химической и пищевой промышленности: масла, краски, продукты питания	Зубчатые колеса обеспечивают вращательное перекачивание
Кулачковый насос	Химическая и пищевая промышленность; применения в санитарии, фармацевтике и биотехнологии	Низкий сдвиг и износ.Легко чистить или стерилизовать
Винтовой насос	Добыча нефти, перекачка и впрыск топлива; орошение	Жидкость движется в осевом направлении, уменьшая турбулентность; способный к высокому расходу
Пластинчатый насос	Жидкости с низкой вязкостью; автомобильные трансмиссионные системы; загрузка и передача топлива; диспенсеры для напитков	Устойчив к уносу твердых частиц и износу лопастей. Конструкция позволяет изменять производительность

Сводка

Насос прямого вытеснения перемещает жидкость, многократно закрывая фиксированный объем с помощью уплотнений или клапанов и механически перемещая ее по системе.Перекачивающее действие является циклическим и может приводиться в действие поршнями, винтами, шестернями, лопастями, диафрагмами или лопастями. Есть два основных типа: возвратно-поступательные и поворотные.

Поршневые насосы

предпочтительны для применений, связанных с жидкостями с высокой вязкостью, такими как густые масла и суспензии, особенно при высоких давлениях, для сложных загрузок, таких как эмульсии, пищевые продукты или биологические жидкости, а также когда требуется точное дозирование.

Как работают поршневые кольца — блог NAPA Know How

Двигатель — это простое механическое устройство, на самом деле воздушный насос, который использует поршни и клапаны для втягивания и выталкивания воздуха.Поршни в блоке цилиндров должны быть запечатаны внутри каждого цилиндра, чтобы процесс был эффективным. Поскольку поршни совершают миллионы ходов на протяжении всего срока службы двигателя, уплотнения имеют решающее значение. Это делается с помощью ряда колец, которые охватывают верхнюю половину поршня, прижимая его к стенке цилиндра. Когда поршневые кольца изнашиваются, снижается КПД двигателя.

Как они работают

Поршневые кольца изготавливаются из металла, в стандартных двигателях используются чугунные кольца, а в высокопроизводительных двигателях могут использоваться кольца из ковкого чугуна с хромированной или хромированной поверхностью.Чугун хорош для капитального ремонта, но не более того.

Это кольца, которые вы найдете на большинстве поршней. Слева — верхнее кольцо, второе кольцо, масляные кольца, и этот конкретный набор имеет опорную планку, которая используется на поршнях, где поршневой палец находится в середине масляных колец.

Кольца из ковкого чугуна экономичны и подходят для двигателей с высокими рабочими характеристиками. Если оставить их как есть (без дополнительной облицовки), они обычно имеют мощность около двух лошадиных сил на кубический дюйм, поэтому безнаддувный двигатель мощностью 600 л.с. и 350 кубических дюймов может безопасно работать с обычными кольцами из ковкого чугуна.При увеличении мощности или добавлении наддува или закиси азота кольца необходимо будет модернизировать.

Во многих поршневых кольцах с высокими рабочими характеристиками используется кольцо из ковкого чугуна и добавлена ​​облицовка, например плазменный молибден, которая увеличивает твердость и защиту для увеличения числа оборотов в минуту и ​​наддува. Многие драгстеры с топовым топливом используют пластичные кольца из плазменно-молибденового сплава для их долговечности, но они также меняются каждый раз, так что считайте это тем, чего оно стоит.

Современные двигатели имеют все более узкие поршневые кольца, отчасти из-за более совершенных производственных процессов и улучшенных материалов.Чем уже кольцо, тем они становятся более хрупкими. По этой причине конструкция с высокими характеристиками с использованием узких колец означает, что вам нужен самый прочный материал. Кольца на стальной основе на 20 процентов (или более) прочнее, чем кольца из ковкого чугуна, что делает их идеальным выбором для узких колец.

По мере того, как кольца становятся более узкими, необходимо увеличивать прочность. Кольца из ковкого чугуна очень прочные и щадящие. Обратите внимание на отметку «верх» на лицевой стороне кольца, это указывает на верхнюю часть кольца. Не устанавливайте их вверх ногами. Кроме слов может быть ямочка или точка.

лошадиных сил — не единственное преимущество узкого стального кольца. Поскольку кольцо настолько узкое, оно снижает трение и в то же время может лучше прилегать к стенке цилиндра, поэтому двигатель более эффективен и лучше герметизирует. Это означает меньше утечек масла и меньше выбросов. Стальные кольца служат дольше, но для их приработки требуется больше времени. Стальные кольца могут быть из простой углеродистой стали или нержавеющей стали, однако кольца из нержавеющей стали не могут использоваться в стандартном цилиндре двигателя без титана или азотирования хрома.

Покрытия колец, такие как плазменный молибден, титан, хром и керамика, являются хорошими вариантами для двигателей с высокими рабочими характеристиками.Эти покрытия часто используются для конкретных двигателей, например, для грунтовых дорог (хром для защиты от грязи). Хромовое азотирование не отслаивается, как обычное хромирование.

Кольца из молибдена ломаются быстрее, чем хромированные, и обладают более высокой термостойкостью. Недостатком колец с молибденовым покрытием является то, что при детонации молибденовый материал может быть значительно поврежден. Кольца молибдена также не подходят для спиртового топлива.

Еще одна переменная — конструкция кольцевого профиля. В большинстве стандартных колец используется квадратная грань как для верхнего, так и для второго колец.Эта конструкция функциональна и герметизирует цилиндр, но есть альтернативы получше. Бочкообразные профили, расположенные по центру или со смещением, обеспечивают отличное уплотнение и долгий срок службы. Верхнее кольцо с квадратной гранью со временем изнашивается до естественной бочкообразной формы, такая форма с самого начала обеспечивает более длительный срок службы кольца.

Этот бочкообразный профиль снижает износ колец, поскольку со временем все кольца естественным образом приобретают бочкообразную форму. Этот конкретный профиль показывает, как выполняется наполнение плазмой. Только внешний край покрыт плазменным молибденом для долговечности.

Второе кольцо обычно имеет форму квадрата, конуса или нитяного волокна. Коническая грань — это всего лишь слегка скошенный край. Это сделано для лучшего очищения стенок цилиндров от масла. Основная задача второго кольца — контроль масла, на втором месте — герметизация камеры сгорания. Профиль Napier представляет собой кольцо с квадратной гранью с вырезанной на нижней стороне канавкой для крючка. Эта канавка отводит масло от стенки цилиндра, уменьшая трение и улучшая контроль масла. Кольца Напье восприимчивы к повреждению от сильного ускорения.Это связано с тем, что крючок истончает кольцо по краю.

Это кольцо в стиле нейпье, обратите внимание, как внешний край имеет форму крючка. Эта канавка отводит масло от стенок цилиндра, уменьшая трение и прорыв. Этот профиль является дизайном Napier. Зона поднутрения отводит масло от стены для уменьшения трения. Фотография предоставлена ​​Federal-Mogul Этот бочкообразный профиль снижает износ колец, поскольку все кольца со временем приобретают бочкообразную форму. Этот конкретный профиль показывает хромированный слой.Только внешний край покрыт металлическим покрытием для прочности. Фото предоставлено Federal-Mogul

. Верхнее кольцо предназначено для контроля 90 процентов дымовых газов, второе кольцо обрабатывает последние 10-20 процентов. Последний набор колец называется масляными кольцами, эти кольца соскребают большую часть масла со стенок цилиндра. Масляные кольца на самом деле представляют собой серию из трех частей: два тонких кольца из хромированной или азотированной стали с гофрированным расширительным кольцом в центре. И рабочие характеристики, и стандартные двигатели имеют одинаковую конструкцию, и не зря — она ​​работает.Два тонких кольца герметизируют стенки цилиндра независимо, в отличие от одного масляного кольца. Гофрированный расширитель обеспечивает облегчение слива для быстрого удаления масла.

Кольца контроля масла состоят из трех отдельных частей, вместе они отлично справляются со своей задачей. Когда все три компонента контроля масла собраны вместе, они выглядят следующим образом. Верхнее и нижнее кольца царапают стенки цилиндра, в то время как расширительное кольцо удерживает их в движении. Фото предоставлено Federal-Mogul.

При выходе из строя поршневых колец

Поршневые кольца должны решать целый ряд проблем.Плохой газ (детонация и звон), грязный воздух и топливо, а также загрязненное масло сокращают срок службы поршневых колец. Обслуживание фильтров на вашем двигателе и регулярная замена масла имеют большое значение для срока службы колец. После износа колец станет очевидной их способность герметизировать газы сгорания.

Первый признак износа поршневых колец — прорыв. Обычно это видно через выхлопную трубу. Из выхлопной трубы выходит синий дым, что означает, что в двигателе горит масло. Вы можете заметить, что моторное масло заканчивается быстрее, чем раньше.Впервые дымление масла появляется при холодном пуске двигателя. По мере прогрева двигателя поршни и кольца расширяются, герметизируя стенки, уменьшая количество масла, проходящего мимо колец. В конце концов, кольца изнашиваются до такой степени, что происходит постоянный прорыв, и машина все время дымит. Это также может быть связано с изношенными уплотнениями клапана.

Еще одна проблема с картерными газами — это попадание продуктов сгорания в картер. Это означает, что топливо и побочные продукты сгорания в масле. Поскольку эти химические вещества проникают в масло, масло теряет вязкость и способность охлаждать и смазывать двигатель.Вы должны менять масло чаще, чтобы двигатель оставался чистым.

В конце концов износ становится настолько сильным, что происходит потеря мощности, слишком много газов сгорания попадает в картер и слишком много масла попадает в камеру сгорания. Это приводит к загрязнению свечей зажигания и плохо работающему двигателю.

Есть несколько очень хороших жидких химикатов для ремонта слегка изношенных колец двигателя. Эти продукты покрывают кольца толстой масляной пленкой, которая на время помогает им герметизировать стенки двигателя.Они не работают вечно и работают только с двигателями с легким и умеренным износом. Эффект изношенных колец на время замаскирован, но двигатель потребуется отремонтировать.

Ознакомьтесь со всеми деталями двигателя , доступными на NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для текущего обслуживания и ремонта. Для получения дополнительной информации о поршневых кольцах поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

Поршневые кольца (автомобиль)

3.15.

Кольца поршневые

Поршневые кольца (рис.3.90) состоят из компрессионных колец
, расположенных в верхней части поршня
, и маслосъемных (скребковых) колец, расположенных на
ниже компрессионных колец. Функция компрессионных колец
заключается в уплотнении пространства между стенкой цилиндра
и поршнем, предотвращая выход
горючих газов из камеры сгорания.
Эти кольца помогают получить максимальную мощность от

Рис. 3.90. Поршневое кольцо.
давление сгорания за счет поддержания уплотнения
со стенкой цилиндра при минимальном трении.Масляные кольца контролируют поток
масла вдоль стенок цилиндра и предотвращают попадание масла в камеру сгорания. Оба кольца
помогают отводить часть тепла поршня от стенки цилиндра.
3.15.1.

Номенклатура поршневых колец

Диаметр кольца — это диаметр отверстия цилиндра, в котором работает кольцо. Радиальная толщина
— это кратчайшее расстояние между внешней и внутренней периферийными поверхностями кольца.
Ширина кольца — это расстояние между верхней и нижней боковыми гранями кольца.Боковые поверхности — это
плоские параллельные верхняя и нижняя поверхности кольца, которые контактируют со сторонами кольцевой канавки.
Рабочая поверхность — это внешняя периферийная поверхность, которая контактирует со стенкой цилиндра. Свободный зазор стыка
— это расстояние по окружности между двумя открытыми концами кольца в свободном состоянии.
Установленный зазор — это расстояние по окружности между двумя открытыми концами кольца, когда оно
помещено в канавку. Тангенциальная нагрузка — это сила, прикладываемая по касательной между двумя открытыми концами
кольца, которая необходима для закрытия свободного зазора соединения до установленного зазора.Давление на стенку цилиндра
— это радиальная сила, направленная наружу на единицу площади контакта, при условии, что давление до
равномерно распределено по кольцу.
3.15.2.

Факторы, влияющие на характеристики кольца

(a) Радиальная толщина.

Давление, оказываемое кольцом на стенку цилиндра, изменяется приблизительно на
куба радиальной толщины кольца. Эта толщина обычно связана с диаметром кольца
, d, и должна быть не менее rf / 24.

(6) Ширина.

По мере увеличения ширины кольца увеличивается радиальная нагрузка на стенку цилиндра для данного давления на стенку цилиндра
. Поэтому следует избегать чрезмерной ширины. При заданной тангенциальной нагрузке
узкие кольца ложатся в стенку цилиндра быстрее, чем широкие, а также уменьшают флаттер колец
и, как следствие, прорыв продуктов сгорания на высоких оборотах двигателя.

(c) Свободный зазор стыка.

При большом свободном зазоре в шарнире напряжение при сборке кольца на его поршне
меньше, в то время как напряжение в установленном рабочем поршне больше.Ситуация меняется на
с небольшим свободным зазором в стыке. Номинальный свободный зазор обычно в 3,5 раза больше радиальной толщины.
id) Радиальная нагрузка и давление. Радиальная наружная нагрузка, оказываемая кольцом на стенку цилиндра
, зависит от ряда факторов, таких как радиальная толщина, ширина, свободный зазор в стыках, а также прочность или модуль упругости материала кольца
. Для данной радиальной нагрузки большая площадь контакта
снижает давление на стенку и увеличивает толщину масляной пленки, образованной между кольцом
и стенкой цилиндра.Следовательно, узкое кольцо увеличивает давление на стенку и уменьшает
толщину масляной пленки. Также большая радиальная толщина значительно увеличивает радиальную нагрузку и давление на стенку
и, возможно, сжимает масляную пленку вплоть до граничной смазки. Таким образом, размеры
поперечного сечения кольца определяют газовое уплотнение и адекватную смазку
верхних стенок цилиндра.
3.15.3.

Компрессионное кольцо

Поршневое кольцо легко расширяется наружу, когда
вставлено в его канавку, без какого-либо столкновения
между боковыми поверхностями кольца и канавкой кольца.В свободном состоянии
диаметр кольца немного больше
диаметра отверстия цилиндра, поэтому, когда оно установлено в цилиндре,
; он пытается открыться наружу, так что на стенку цилиндра оказывается давление
. Однако давление газа
, действующее на поршневое кольцо, в основном отвечает за радиальное уплотняющее усилие
(рис. 3.91).
Во время хода сжатия вверх сжатый заряд
перемещается между канавкой и
боковыми поверхностями кольца, проходит за кольцо, прижимает его
к стенке цилиндра и, кроме того, прижимает кольцо к нижней кольцевой канавке
. поршень.Это дает эффективное уплотнение при сжатии без утечек при условии, что обработка поверхности
канавки, кольца и стенки цилиндра имеет требуемое значение. При понижении мощности

Рис. 3.91. Компрессионно-кольцевое действие. , ход
, аналогичная ситуация сохраняется, но если ускорение поршня больше, чем у
кольца, верхняя канавка и боковые поверхности кольца прочно удерживаются вместе, образуя уплотнение.
3.15.4.

Типы компрессионных колец

Наиболее распространены следующие типы компрессионных колец.

(a) Хромированная гладкая или инкрустированная.

Это цельное кольцо, растянутое под действием тепла с образованием
, чтобы создать желаемое давление, необходимое для эффективного уплотнения при установке в цилиндр
(рис. 3.92A). Эти кольца также помогают контролировать масло, влияя на толщину масляной пленки. Рабочая поверхность кольца
покрыта твердым хромом для увеличения срока службы как кольца
, так и отверстия цилиндра.

(b) Простая инкрустация.

Эти кольца используются для фиксации прямоугольного сечения кольца (рис. 3.92B). Канавка
на рабочей поверхности заполнена напылением антифрикционного материала, такого как хром, молиб-
денум.

(c) Конический.

Небольшая конусность (от 1 до 1,5 градусов) предусмотрена на рабочей поверхности кольца
, что обеспечивает превосходное качество основания из-за высокого радиального давления на стенки цилиндра
из-за малой площади контакта.Линейный контакт конуса (рис. 3.92C) дает
эффективное очищающее действие при ходе вниз и, следовательно, также регулирует подачу масла.

(d) Бочкообразный.

Этот криволинейный профиль грани (рис. 3.92D) кольца поддерживает постоянный радиус грани
. Степень кривизны очень важна для первоначальной засыпки. Иногда эти поверхности цилиндра
покрывают медью, чтобы уменьшить чрезмерное трение во время наплавки, которое в противном случае может вызвать задиры
.

(e) Канавка с восходящим ходом.

Кольцевая канавка может быть слегка наклонена вверх на 5 градусов
, чтобы обеспечить контакт линии нижнего края для быстрого прилегания, а также чтобы иметь хорошую боковую опору кольца
без какой-либо деформации. Эти кольца (рис. 3.92E), таким образом, герметизируют газы на ранней стадии, а также
поддерживают контроль масла в достаточно хорошей степени.

(е) Клиновая секция.

Проблема застревания колец в канавках для некоторых высокопроизводительных двигателей
и тяжелых двигателей иногда сводится к минимуму за счет сужения боковых поверхностей кольца
(рис.3.92F) до угла наклона 15 градусов. Наклон наружу сторон канавки
во время изгиба кольца в канавке уменьшает трение и заедание между боковыми поверхностями трущейся пары
. Это относительное перемещение между кольцом и канавкой
в основном объясняется изменением наклона поршня в цилиндре во время его движения и непрерывным радиальным перемещением
кольца в его канавке.

Рис. 3.92. Компрессионные кольца.
А.Обычная хромированная поверхность — B. Обычная инкрустированная поверхность. C. Конусообразный — D. Бочкообразный.
E. Восходящая канавка — F. Клиновая секция. Г. Внутренне наступил. Х. Ридж-ловкач.

(g) Ступенька изнутри.

Небольшая квадратная секция удалена с верхнего внутреннего края кольца
(рис. 3.92G), вызывая скручивание кольца, что создает эффект выпуклости, когда кольцо
собрано в своей канавке. В результате образуется рабочая поверхность с конической периферией, обеспечивающая контакт
нижней кромки со стенкой цилиндра.Это улучшает кольцевую подушку и обеспечивает
адекватную степень контроля масла при ходе вниз.

(А) Конь-ловкач.

Эти кольца (рис. 3.92H) очищают кромку износа, образовавшуюся в верхней части отверстия цилиндра
при установке сменных колец. Только кольца заменяют, когда цилиндры
при относительно небольшом износе ослабляют компрессию или расходуют масло.
3.15.5.

Маслосъемное кольцо (Маслосъемное кольцо)

Во время вращения коленчатого вала больше масла, чем требуется для смазки
, разбрызгивается из подшипников шатуна
на стенки цилиндра.Маслосъемное кольцо
регулирует масло в зоне камеры сгорания цилиндра
и обеспечивает масляную пленку по всей поверхности цилиндра
для смазки компрессионных колец, юбки
и верхней области цилиндра. Эти кольца
устанавливаются так, чтобы скошенная рабочая поверхность была направлена ​​
в сторону головки блока цилиндров (рис. 3.93).
Во время движения поршня вверх нижняя боковая поверхность
кольца сильно прижимается к соседней кольцевой канавке
, а скошенная рабочая поверхность
кольца скользит по маслу, а также соскабливает часть
масла перед собой. сам.Избыточное масло скапливается в зазоре между канавкой
и его кольцом, пока оно не вытечет через ряд отверстий в задней части канавки в поддон
.
Когда поршень движется вниз, его верхняя боковая поверхность упирается в верхнюю часть кольцевой канавки
. Острая кромка рабочей поверхности кольца теперь соскребает масло по отверстию
, так что излишки масла проходят между кольцом и его канавкой и из разгрузочных отверстий в поддон
. Во время этого процесса соскабливания давление масла не нарастает.
3.15.6.

Типы маслосъемных колец

Существует несколько конструкций маслосъемных колец для различных условий эксплуатации,
некоторые из них описаны ниже.

(a) Скребок со скошенной кромкой.

Это одинарное кольцо с узкой рабочей поверхностью подшипника (рис.
3.94A), которое устанавливается скошенной стороной к головке поршня (рис. 3.93). Отверстия для сброса масла
выполнены в задней части канавки с большинством скребковых колец для выхода скопившегося излишка масла
внутрь поршня, а затем в поддон.

(6) Скребок с внешними ступенями.

Для уменьшения количества компрессионных колец используется ступенчатый скребок
, который действует как компрессионное кольцо и как маслосъемное кольцо (рис.
3.94B). Уменьшенная ширина рабочей поверхности увеличивает давление на стенки цилиндра.
Это дает улучшенное уплотнение и царапание без чрезмерной нагрузки на кольцо.

(c) Скребок со ступенчатой ​​и скошенной кромкой.

Эти кольца (рис.3.94C) работают так же, как
, как ступенчатые, так и скошенные скребковые кольца. Эти кольца обеспечивают более эффективное средство регулирования
движения масла вверх и, следовательно, больше подходят для двигателя, требующего, чтобы
большого количества масла разбрызгивалось на стенки цилиндра.

Рис. 3.93. Действие масляного кольца.

Рис. 3.94. Кольца масляные.
A. Скребок со скошенной кромкой B. Скребок со ступенями снаружи
C.

(d) Скребок с прорезями.

Эти кольца (рис. 3.94D) имеют прямоугольное сечение с выемкой или пазом
вокруг центра рабочей поверхности. Между задней частью этой центральной канавки и задней частью кольца
также предусмотрены удлиненные масляные прорези. Узкие кольцевые площадки этого скребка
создают относительно высокое радиальное давление на стенки цилиндра, а также обеспечивают двухступенчатое очищающее действие
.

(e) Скребок с двумя канавками замедленного действия.

На начальном этапе работы двигателя
может потребоваться больше масла для смазки стенок и поршневого узла, но требуется меньше масла
, поскольку стенки цилиндра имеют опорную поверхность. В этих масляных кольцах с прорезями и канавками (рис. 3.94E) используется выступающая центральная паза
, чем у двух других пазов, когда они были новыми. По мере того, как кольцо оседает, центральная площадка
изнашивается, так что обе внешние площадки управляют действием соскабливания.

(/) Скребок инерционный.

В этой конструкции (рис. 3.94F) масло свободно проходит мимо верхней площадки
кольца и царапается нижней площадкой во время хода вверх, благодаря чему масло проходит через сливные отверстия
в кольце к задней части. канавка для выхода из каналов выполнена в поршневой секции
. Во время хода вниз верхняя поверхность соскребает масло в дренажные отверстия. Степень контроля масла
этого кольца в значительной степени зависит от инерции потока масла, а не от высоких радиальных нагрузок
.

(g) Ступенчатый скребок двойного действия.

Большинство колец не полностью соответствуют стенкам цилиндра
из-за овальности и сильного износа. Чтобы преодолеть эту ситуацию, в единственную канавку
встроены сдвоенные скребковые кольца. Эти состоящие из двух частей кольца (рис. 3.94G) используют узкие площадки со ступенчатыми сегментами
для образования масляных пазов. Каждая отдельная площадка может свободно повторять контур отверстия во всех
положениях поршня. Иногда используется расширитель заднего хода, чтобы обеспечить еще более эффективный контроль масла
за счет повышенного радиального давления на стенку.

(h) Скребок для композитных рельсов.

Эти многорельсовые скребки (рис. 3.94H) предназначены для использования
в изношенных отверстиях цилиндров, имеющих овальность, конусность и любые другие неровности на стенках цилиндров,
, за исключением глубоких царапин, которые могут препятствовать контролю подачи масла. Кольцевой узел состоит из
стальных рельсов с закругленными краями из твердого хрома. Гофрированная пружина расширяет направляющие
с обеих сторон канавки. Это не позволяет перекачивать масло между кольцом и канавкой
, что происходит с обычным кольцом.Кроме того, пружина расширительного кольца, установленная
позади направляющих, толкает кольца в радиальном направлении наружу, благодаря чему они соответствуют профилю стенки цилиндра
. Закругленные края направляющей обеспечивают плавное протирание стенки цилиндра
, не вызывая износа отверстия.
3.15.7.

Материалы и методы изготовления поршневых колец Поршневые кольца

изготавливаются из высококачественного чугуна с содержанием углерода около 3,4%, от
до 0.5% хрома и до 0,25% молибдена и никеля. Поршневые кольца
изготавливаются различными способами, но четыре из них кратко описаны ниже.
(i) Вначале поршневые кольца изготавливались из больших отлитых в песчаных формах труб или горшков
, из которых отдельные кольца вырезались до нужной ширины, а затем разрезались. Это вызвало
остаточных сжимающих напряжений в кольце из-за ударов молотком или загибов вокруг
внутри кольца. Более однородные однородные отливки получают центробежным литьем
горшков, а вместо удара по внутренней стороне кольца обычно применяется термоформование
.
(ii) После индивидуального литья колец они подвергаются механической обработке и разрезанию, а затем «формованию нагревают
». В этом процессе разрезное кольцо открывается на прокладку и нагревается до тех пор, пока все
напряжения, возникающие при открывании кольца, не будут сняты. После охлаждения кольцо
сохраняет свою вытянутую форму, так что оно оказывает внешнюю силу при установке в отверстие.
(Hi) Для массового производства кольца отливаются непосредственно по профилю кольца с нормальным зазором с использованием шаблонных пластин
, фрезерованных до расчетной формы для одного диаметра отверстия.Поэтому требуется целая серия шаблонных пластин
. После механической обработки, разделения и зазора эти кольца
приобретают поистине круглую форму, обеспечивая равномерную нагрузку на стенку цилиндра.
(iv) Также кольца отливают в истинно круглую форму, а затем «подвергают кулачковой обточке», чтобы получить форму рабочей поверхности
в свободном состоянии. Затем кольца разрезаются и устанавливаются промежутки до точного размера.

Кольца с фосфатным покрытием.

Для уменьшения задиров и разрывов поверхностей при использовании,
поршневые кольца обычно имеют пористое фосфатное покрытие.Это поверхностное покрытие
защищает поверхности колец от очень высоких местных температур поверхности. Чтобы сформировать это покрытие, кольцо
погружают в ванну с фосфорной кислотой и марганцем. Травленный слой фосфата железа-марганца
образуется по всей поверхности кольца, что сводит к минимуму трение трения. Эта пористая поверхность
также действует как масляный резервуар, который сохраняется даже после износа покрытия.
После обработки кольца погружают в горячую ванну с маслом, которое легко впитывается поверхностью
.

Кольца с хромированным покрытием.

Хромированные компрессионные кольца
не только увеличивают срок службы колец, но и значительно снижают износ отверстия. Обычно рабочие поверхности первого компрессионного кольца
хромируются, поскольку они подвергаются воздействию самых высоких рабочих температур
и коррозионных продуктов сгорания. Для тяжелых условий эксплуатации дополнительные кольца хромируются по шкале
, а также на обеих боковых сторонах кольца. Хромированная поверхность уменьшает количество
абразивных частиц, оседающих на поверхностях колец, вызывая очень небольшой износ поверхности колец
.Кроме того, очень незначительные количества металлического хрома переносятся с поверхности кольца на
стенки цилиндра во время работы. Это способствует защите относительно мягких чугунных поверхностей стенок цилиндра
от абразивного износа и коррозионного воздействия.
3.15.8.

Поршень и рабочий зазор поршневого кольца

Ниже описаны
трех типов зазора между поршнем и кольцом в канавках поршня и в цилиндре.

Боковой зазор поршневого кольца.

Поршневые кольца должны иметь зазор
со стороны канавки, который представляет собой зазор между кольцом и поверхностями контактной поверхности. Недостаточный зазор
не позволяет обеспечить необходимое расширение площадки для заклинивания колец в их канавках, тем самым останавливая изгиб
и вращательное движение, необходимое во время работы. Даже газонепроницаемые свойства кольца
могут быть нарушены, что приведет к прорывам и, как следствие, к разрушению масляной пленки
с последующим перегревом и заеданием.Но неплотная посадка кольца в канавке вызывает флаттер кольца
, в результате чего кольцо ударяется о поверхности канавки, вызывая быстрый износ канавки
. Чрезмерный боковой зазор в крайнем случае также может вызвать перекачку масла в
зону горения.
Типичный минимальный боковой зазор кольца для поршней диаметром от 60 до 120
мм составляет:
Компрессионное кольцо имеет 0,050 мм для бензинового двигателя и 0,060 мм для дизельного двигателя.
Масло-контрольное кольцо имеет 0.040 мм для бензинового двигателя и 0,040 мм для дизельного двигателя.

Зазор стыкового соединения поршневого кольца.

В соединении
поршневого кольца и кольца должен быть зазор для компенсации расширения от холодных условий до горячих рабочих температур. При недостаточном зазоре
кольцо заканчивается встык, расширяя кольцо относительно стенок цилиндра с высоким давлением
наружу, так что масляная пленка срезается, вызывая полусухое трение и перегрев
. Наконец, хрупкие кольца имеют тенденцию изгибаться, пока в конечном итоге не сломаются.
С другой стороны, кольца с большими зазорами могут вызвать потерю сжатия с последующим эффектом прорыва
и перегрева.
Типичные минимальные зазоры между кольцевыми швами:
Четырехтактные двигатели с водяным охлаждением имеют диаметр 0,03 мм на см.
Четырехтактные двигатели с воздушным охлаждением имеют диаметр 0,04 мм на см.

Зазор между юбкой поршня и отверстием.

Зазор между юбкой и стенкой цилиндра
необходим для предотвращения удара поршня при холодном двигателе и заклинивания юбки в тяжелых условиях движения
.
Типичные минимальные зазоры юбки:
Поршень со сплошной алюминиевой юбкой имеет диаметр 0,010 мм на см.
Алюминиевая сплошная юбка с тепловым пазом поршня имеет диаметр 0,008 мм на см.
Поршень с разрезной юбкой из алюминия имеет диаметр 0,005 мм на см.

.