Грузовые автомобили. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы

Грузовые автомобили. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы

Трудно найти в настоящее время человека, который бы не представлял, что обозначает слово «машина». Слово и понятие настолько прочно вошли в наш лексикон, что многие не задумываются над тем, какой глубокий смысл заложен в нем.

В политехническом словаре дается определение слова машина: « машина – это механизм, совершающий какую – нибудь полезную работу с преобразованием одного вида энергии в другой».

Технический прогресс не стоит на месте, появляются все новые и новые машины. Но они не появляются на пустом месте. За каждым новым изобретением стоит богатый опыт прошлого, обобщаются достижения настоящего времени.

Еще совсем недавно было то время, когда всякое другое передвижение человека, кроме своих ног и использования животных, считалось противоестественным исправлением «божественного промысла», «улучшением творения творца» и воспринималось как грех.

Так изобретатель трехколесной паровой тележки Ульям Мердок еле спасся от побоев и увечий своих соотечественников, пришедших в ярость, при виде мчащайся тележки с паровым двигателем.

Но его опыт не пропал даром, уже в 1763 году французский инженер Каньо придумал первую паровую тележку. А в 1803 был изобретен первый паровоз шотландским инженером Ричардом Тревиком. В начале 1814 года появились паровозы Джорджа Стефенсона и вызвали при испытаниях бурю восторгов и изумления. Паровоз Джорджа Стефенсона в 1829 году был признал лучшим.

С тех пор прошло не так много времени и по улицам наших городов и сел едут автомобили различных марок, мощностей и форм.

Развитие автомобилестроения

История автомобильного транспорта

С давних времен люди сочиняли сказки и мечтали о создании более быстрого способа передвижения, примером могут служить Сапоги-Скороходы, Ковер-Самолет, волшебники, переносящие людей за тридевять земель, тридесять морей.

Сейчас трудно поверить в то, что чуть больше двухсот лет назад горожане с таким же удивлением встречали первые автомобили, появившиеся на улицах. Если наше удивление вызвано восторгом, то крики жителей древних городов раздавались от суеверного страха.

Появились тележки, затем конные экипажи, автомобиль. Первоначально появилось слово «самодвижущийся», буквально «авто – мобильный», произошло слово от греческого «аутос» – «сам» и латинского «мобилис» – «подвижный». Слово относилось ко всем механизмам созданным человеком: часы, куклы-автоматы, музыкальные шкатулки и многое другое.

В 18 веке лошадей в экипажах заменили силой пара и применили термин «автомобиль». В 1885-1886 годах были изобретены первые бензиновые автомобили «бензиномобили» с двигателем внутреннего сгорания. С этого времени наступил переломный момент в транспортной технике. В настоящее время парк автомобилей с двигателем внутреннего сгорания составляет более 99,9% мирового автомобильного транспорта. Нет ни одной отрасли народного хозяйства или деятельности человека, в которой бы не использовался автомобиль.

В России до 1917 года автомобили не получили широкого распространения. Были как их противники, так и сторонники, дальнейшая жизнь расставила все по своим местам.

В 1904 году в Санкт-Петербурге было организовано таксомоторное общество, а чуть позднее автомобили стали использовать почтовые и военные ведомства.

Первый российский автомобиль был создан в 1896 году Е.А. Яковлевым и П. П. Фрезе. Хотя дореволюционная Россия не имела высокоразвитой автомобильной промышленности, первые автомобили по своим внешним качествам и техническим характеристикам не уступали лучшим образцам зарубежной автомобильной промышленности. К большому огорчению, ни один образец не сохранился до нашего времени.

Мы не можем представить себе жизнь без автомобиля, он и друг и первый помощник, может нас доставить туда, где еще не ступала нога человека, очевидно, поэтому автомобиль является самым популярным видом транспорта.

Несмотря на большую популярность автомобиля, ученые подсчитали, что его используют не в полной мере. Две трети своей дневной жизни автомобиль не работает и количество пассажиров в среднем не превышает двух человек. Следует сделать вывод, что этот вид транспорта используется человеком всего на 10-15%.

Назначение и классификация современных грузовых автомобилей

Грузовики предназначены для использования на дорогах общего пользования. Могут иметь бензиновый, дизельный, газовый, комбинированный или гибридный двигатель. В грузовике может быть от 2-х до 5-ти осей. У всех грузовиков одинаковая рама основы шасси (лестничного или хребтового типа), необходимая для установки кузовов. Первый дизельный грузовик был сконструирован и построен в 1923 году.

Каждый многоосный грузовик может перевозить груз от 20 до 25 тонн. Начиная с конца девятнадцатого века традиционная конструкция кузова грузовика – бортовая платформа . Их используют и как универсальный грузовой транспорт (общего назначения), и для перевозки отдельных видов грузов. Грузовые автомобили общего назначения подразделяют по массе груза, который можно перевозить в кузове на:

– особо малые, (от 0, 3 т до 1, 0т), для перевозки небольших партий грузов, обычно в пределах города;

– малые (от 1,0 т до 3,0 т), для перевозки товаров в торговой сети (доставка товаров населению на дом и в сельском хозяйстве);

– средние (от 3,0т до 5,0т), для перевозки массовых грузов промышленных предприятий, строительных материалов и сельскохозяйственных грузов;

– большие (от 5,0т до 8,0т), для массовых перевозок по дорогам с твердым покрытием;

– особо большие автомобили (свыше 8т), для перевозки руды, угля, вывозки породы, работы на крупных стройках и т.д.

Типы кузовов используют шасси только в качестве транспортера. Специализированные кузова используются для перевозки определенных типов груза. Например: фургоны для штучного груза, цистерны – для перевозки жидких и сыпучих продуктов, самосвалы – для перевозки навалочных грузов, панелевозы – для перевозки панелей и т.д. Самосвалы имеют металлический усиленный кузов и оборудованы специальным гидравлическим устройством позволяющим опрокидывать его, чтобы разгрузиться. Для перевозки контейнеров используются контейнеровозы. Автокраны, пожарные машины, машины скорой помощи, автобетономешалки, разбрасыватели минеральных удобрений, топливозаправщики и другие – это транспортно-технологические специализированные автомобили.

Сельскохозяйственные машины имеют кузова с добавочными бортами и с трехсторонней разгрузкой. Двуосные кузова выдерживают нагрузку от 1, 5тонн до 12 тонн, а многоосные кузова до 45 тонн.

Для транспортировки леса используются лесовозы, они рассчитаны на перевозку груза до 400 тонн и имеют мощный двигатель в 3000 лошадиных сил. Такие машины имеют огромный вес и им не разрешается пользоваться дорогами общественного пользования.

В обозначении марки грузового автомобиля российского производства используют сокращенное название завода изготовителя (КамАЗ, МаЗ, ЗИЛ , ГАЗ). Цифра, указанная через дефис, означает номер модели.

Например: грузовой автомобиль ГАЗ-330753, где 3 – третий класс, 3 – вид автомобиля, 07 – номер модели, 5 – пятая модификация седьмой модели, 3 – номер экспортного варианта.

Исключение составляет первая цифра в марках автомобилей ЗИЛ 5301 и «ГАЗель».

Автомобили, со специальным кузовом, для перевозки пассажиров, называют пассажирскими. Подразделяются такие автомобили на две группы: легковые – для перевозки до 8 человек и автобусы – до перевозки группы людей свыше 9 человек, не считая водителя автобуса. Автобусный транспорт бывает городской, пригородный и междугородний. В зависимости от длины автобусы подразделяют на классы – от 2-го до 8-го.

Общее устройство автомобиля

Все автомобили, в независимости от особенности своей конструкции состоят из трех основных частей:

1. двигателя,

2. кузова,

3. шасси.

Двигатель – это главная движущая сила автомобиля, источник механической энергии. В двигателе тепловая энергия преобразуется в механическую работу. Тепловая энергия возникает в двигателе внутреннего сгорания, за счет сгорания топлива в его цилиндрах.

Кузов – часть автомобиля, предназначенная для размещения водителя и пассажиров или размещения груза. Кузов состоит из двух частей:

1. кабины,

2. платформы.

К кузову автомобиля можно отнести крылья, облицовку и капот.

Шасси – в шасси входят все узлы и механизмы, передающие усилия от двигателя на ведущие колеса, а также служащие для передвижения и управления автомобиля. Шасси состоит из следующих частей:

1.механизмы управления,

2. ходовую часть (рис ходовая часть),

3. трансмиссию (силовую передачу),

Механизмы управления включают рулевое управление, связанное с передними колесами рулевым приводом, и тормозную систему.

Рулевое управление , нужно для управления ходом движения автомобиля и для изменения направления движения. Рулевым управлением изменяют направление движения автомобиля путем поворота передних колес.

Тормозная система служит для замедления скорости движения и остановки автомобиля, а также удержание автомобиля в неподвижном состоянии длительное время.

Ходовая часть служит для перемещения автомобиля. Вращательное движение ведущих колес при их сцеплении с дорожным покрытием, преобразуется в поступательное движение автомобиля. Ходовая часть автомобиля состоит из рамы, передней и задней осей, соединяемых с рамой подвеской, в которую входят упругие элементы (рессоры, цилиндрические пружины или пневматические баллоны) и амортизаторы. У большинства легковых автомобилей роль рамы выполняет несущий кузов.

Трансмиссия состоит из:

1. сцепления,

2. коробки передач,

3. карданной передачи,

4. ведущего моста (главной передачи, дифференциала и полуосей-приводных валов).

Трансмиссия представляет собой совокупность механизмов, передающих крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам автомобиля, а также изменяющих вращающий момент и частоту вращения ведущих колес по величине и направлению.

Сцепление служит для кратковременного отъединения коробки передач от двигателя, плавного их соединения при трогании автомобиля с места и переключения передач.

Коробка передач предназначена для изменения вращающего момента на ведущих колесах, скорости и направления движения автомобиля путем ввода в зацепление различных пар шестерен. Коробка передач позволяет разобщать на длительное время двигатель от ведущих колес и обеспечивать движение автомобиля задним ходом.

Карданная передача передает крутящий момент от коробки передач к главной передаче под изменяющимися углами.

Ведущий мост состоит из механизмов, с помощью которых происходит увеличение вращающего момента и вращение валов передается к ведущим колесам под прямым углом.

Кривошипно – шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм служит для восприятия давления газов в такте рабочего хода и преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из блока цилиндров, гильз и головок цилиндров с уплотняющей прокладкой, поршней с кольцами и поршневыми пальцами, шатунов, коленчатого вала, коренных и шатунных подшипников, картера и маховика.

Блок цилиндров

Блок цилиндров основная базовая деталь двигателя, внутри которого происходят все процессы рабочего цикла.

Рис. Блоки цилиндров и головки двигателей: а и б – рядных шестицилиндрового и четырехцилиндрового; в – восьмицилиндрового.

1 – головка блока, 2 – водяная рубашка, 3 – камера сгорания. 4 – шпилька, 5 – блоки цилиндров, 6 – цилиндр, 7 – седло клапана, 8 – водяная рубашка, 9 – впускной и выпускной каналы, 10 – клапанная коробка, 11 – коренной подшипник, 12 – картеры, 13 – фланец крепления поддона, 14 – фланец крепления картера моховика, 15 – металлоасбестовая прокладка, 16 – уплотнительные прокладки (кольца), 17 – «мокрая» гильза, 18 – головка блока с верхним расположением клапанов, 19 – крышка распределительных шестерен, 20 – поддон картера, 21 – картер моховика. Кроме того, цилиндр служит для направления движения поршня. Выполняют обычно в одной отливке с картером.

Блок цилиндров – это жесткая моноблочная V – образно изготовленная конструкция, отлитая из легированного серого чугуна. Изготавливается как одно целое с верхней частью картера. Картерное пространство разделено ребрами жесткости с силовым оребрением и низким расположением плоскости разъема верхней половины картера с масляным поддоном на отдельные отсеки, чем достигается высокая жесткость блока.

Гильзой называют отдельно изготовленный цилиндр. Цилиндры рассматриваемых двигателей съемные. Гильзы обычно изготавливают из легированного чугуна с перлитной структурой центробежным литьем и объемно закалены токами высокой частоты, для повышения износостойкости. Внутреннюю поверхность гильз тщательно шлифуют и закаливают. Тщательно обработанная внутренняя поверхность гильзы цилиндра, называется зеркалом . Для увеличения срока службы в верхнюю часть гильз запрессовывают короткие тонкостенные вставки из кислотоупорного чугуна. Благодаря использованию вставных гильз срок службы блок – картера значительно увеличивается. Гильзы свободно вставляются в гнезда блока 5 и уплотняются снизу медными или резиновыми прокладками 16(кольцами), а сверху прокладкой 15 головки блока. При установке гильз в блок цилиндров подбирают комплект медных уплотнительных колец так, чтобы гильза выступала над плоскостью разъема блока на 0,02 – 0,09 мм; этим достигается надежное уплотнение гильз при установке головок цилиндров.

В верхней части блока цилиндра, под углом 90 градусов, расположены два ряда цилиндровых гнезд под вставные «мокрые» гильзы, с привалочными поверхностями под головки цилиндров. Наружная поверхность этих гильз, омывается охлаждающей жидкостью, поэтому гильзы называют «мокрыми».

Интенсивный отвод тепла от гильз цилиндров осуществляется за счет жидкости, которая поступает по протокам, сделанным по всей высоте цилиндров, улучшается охлаждение поршней и поршневых колец. Водяные рубашки блока цилиндров и головок блока сообщаются через специальные отверстия в прилегающих плоскостях, уплотняемых резиновыми кольцами круглого сечения.

Подвод масла к подшипникам коленчатого и распределительного валов, деталям привода механизма газораспределения, фильтру очистки масла, центробежному фильтру и компрессору происходит по системе каналов в картерной части блока цилиндров.

Гнезда под поршневые кольца устанавливаются в строго фиксированном положении. Крышки коренных опор соединены с картерной частью поперечными болтами – стяжками.

Снизу блок цилиндров закрыт поддоном, который служит емкостью для системы смазки двигателя, к переднему торцу блока цилиндров прикреплена крышка, к заднему – картер маховика.

Головки цилиндров

Головки цилиндров отдельные на каждый цилиндр, изготовлены из алюминиевого сплава. Они имеют водяные полости, сообщающиеся с полостями блока, впускные и выпускные каналы, вставные седла и направляющие втулки клапанов. Используют алюминиевый сплав потому, что он обладает лучшей, чем чугун, теплопроводностью, следовательно, облегчает отвод от головок теплоты. В результате этого улучшаются условия протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя. В головке 18 выполнены камеры сгорания, в которых имеются резьбовые отверстия для свечей зажигания. Стенки камер сгорания имеют двойные, полость между которыми образует рубашку охлаждения.

Сверху на головке цилиндров закреплены детали газораспределительного механизма.

Во впускные и выпускные каналы 9 отливки головки запрессованы вставные седла 7 и направляющие втулки клапанов.

Метоллоасбестовая прокладка 15 между блоком и головкой цилиндров создает герметичность. Крепят головку к блоку болтами или шпильками 4 с гайками.

Головка цилиндров сверху закрыта штампованной или литой крышкой, для уплотнения между ними ставят прокладку из маслостойкой резины. Формованные резиновые прокладки уплотняют перепускные отверстия для воды и масла, а также стык головки с блоком по контуру.

Со стороны привалочной плоскости каждой головки выполнены два отверстия, в которые при сборке двигателя входят запрессованные в блок фиксирующие штифты. Каждая головка крепится к блоку цилиндров четырьмя болтами. Отверстия под болты выполнены в специальных бобышках, сделанных в боковых стенках водяной рубашки.

Поршень

Рис. Детали шатунно – поршневой группы 1 – компрессионные кольца. 2 – маслосъемное кольцо, 3 – поршень, 4 – поршневой палец, 5 – стопорное кольцо, 6 – шатун, 7 – болт, 8 – тонкостенные вкладыши, 9 – крышка нижней головки шатуна,10 – гайка, 11 – шплинт, а – выступ вкладыша.

Поршень воспринимает при рабочем ходе нагрузки от давления газов и передает их через шатун коленчатому валу, а также совершает вспомогательные такты (впуск, сжатие, выпуск). В двухтактном двигателе выполняет функции клапанов при протекании всех вспомогательных тактов. Поршень движется с большой скоростью внутри цилиндра и подвергается действию высоких температур и давлений. Изготавливают поршень из легкого, но прочного алюминиевого сплава, обладающего малой плотностью и хорошей теплопроводностью.

Поршень состоит из головки и юбки. Головкой называется верхняя часть поршня, снизу она усилена ребрами. По окружности поршня расположены канавки для установки поршневых колец. Верхняя канавка, наиболее нагруженная, имеет вставку из жаропрочного чугуна. Юбка – это направляющая часть поршня. На ее поверхность нанесено коллоидно-графитовое покрытие для улучшения приработки поршня к гильзе и уменьшает износ. Юбка снабжена приливами с отверстиями, в которые вставляют поршневой палец 4. Юбку выполняют в виде эллипса, большая ось которого расположена перпендикулярно оси поршневого пальца. Такая форма юбки предотвращает стук при холодном двигателе и заедание за счет округления юбки при нагреве.

В некоторых двигателях в верхней части головки поршня протачивают узкую канавку, уменьшающую передачу теплоты к верхнему кольцу.

Иногда юбка имеет форму усеченного конуса с нанесенными на нем косыми или Т-образными прорезями.

Поршневые кольца

Поршневые кольца бывают маслосъемными и компрессионными . Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и цилиндром. Изготавливаются поршневые кольца из специального чугуна или стали; у колец сделан специальный разрез «замок», для упругости с зазором 0,2 – 0,5.В свободном состоянии диаметр поршневых колец, больше диаметра цилиндра, при установке в цилиндры кольца сжимают, благодаря своей упругости они плотно прилегают к стенкам цилиндров. При установке на поршень компрессионные кольца четырехтактного двигателя должны быть повернуты разрезами в разные стороны для уменьшения пропуска газов.

Маслосъемные кольца ставят для снятия излишка масла со стенок цилиндра. Такие кольца имеют сквозные прорези для съема масла. Кольца устанавливают ниже компрессионных. На поршни многих двигателей устанавливают составные маслосъемные кольца.

Сборные кольца хорошо прилегают к поверхности цилиндров и обеспечивают низкий расход картерного масла.

Поршневые пальцы

Поршневые пальцы делают трубчатыми, изготавливают из стали. Палец соединяет поршень с шатуном. От осевого перемещения палец удерживают разжимными стопорными кольцами. При работе палец может поворачиваться в бобышках поршня и втулке верхней головки шатуна. От осевого перемещения палец удерживается стопорными кольцами, которые устанавливаются в канавках бобышек поршня. Такие пальцы называются плавающими. Так как во время работы двигателя, при достижении рабочей температуры, между поршнем и пальцем появляется зазор, за счет разности линейных коэффициентов расширения материалов, и палец свободно поворачивается в бобышках поршня.

Шатун

Шатун передает при рабочем ходе силу от поршня кривошипу коленчатого вала, а при вспомогательных тактах от кривошипа поршню. Таким образом, шатун служит для преобразования возвратно – поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, предавая ему создаваемое давлением газов усилие, которое поршнем воспринимается непосредственно. Изготавливается шатун из стали. Он состоит из стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной головки с бронзовой втулкой для поршневого пальца и нижней разъемной головки, закрепляемой на шатунной шейке коленчатого вала.

Для уменьшения трения между шейкой вала и нижней головкой шатуна в нее устанавливают тонкостенные вкладыши, образующие шатунный подшипник, изготовленные из стальной ленты, внутренняя поверхность которой покрыта антифрикционным сплавом – баббитом СОС-6-6.

Внутренняя поверхность нижней головки шатуна обработана в сборе с крышкой. Поэтому крышки нижних головок шатуна невзаимозаменяемы. Для их правильной установки на боковую поверхность нижней головки шатуна и крышки наносят порядковый номер (первым считается от радиатора) и цифры комплектности.

Обе части нижней головки шатуна скреплены двумя болтами 7 с гайками 10 и шплинтами 11. Номера выбитые на головке и крышке шатуна, обращены в одну сторону. Момент затяжек должен быть в пределах 70-85 н. м (7-8,5 кгс.м)

Коленчатый вал

Рис. Коленчатый вал и маховик. а – восьмицилиндрового V – образного двигателя; б – четырехцилиндрового рядного двигателя; 1 – коренные шейки; 2 – шатунные шейки; 3 – грязеуловитель; 4 – пробка; 5 – противовесы; 6 – маховик; 7 – зубчатый венец маховика.

Воспринимает усилия передающиеся от шатунов и преобразует их в крутящий момент, который через маховик передается механизмам силовой передачи. Бывают кованные стальные коленчатые валы и литые из легированного чугуна.

Коленчатый вал состоит из опорных коренных шеек 1 и шатунных шеек 2, соединяющих их щек, носка (передней части) и хвостовика (задней части). Продолжением щек, являются противовесы 5, уменьшающие действие инерции. С этой целью шатунные шейки сделаны полыми.

В четырехцилиндровых двигателях число коренных шеек на одну больше, чем шатунных. Шатунные шейки, число которых у рядных двигателей равно числу цилиндров, у четырехцилиндровых двигателей расположены попарно под углом 180 градусов, у шестицилиндровых – под углом 120 градусов. В шейках вала проходят косые каналы и грязеуловители 3, закрытые пробками 4, по которым масло поступает к шатунным подшипникам.

Внутри шатунных подшипников сделаны полости для центробежной очистки масла. При вращении коленчатого вала, под действием центробежной силы, продукты изнашивания подшипника скольжения оседают на стенках полости. По трубке, расположенной в средней части полости, очищенное масло выходит на поверхность шатунной шейки.

На переднем конце коленчатого вала крепят распределительную шестерню и шкив привода вентилятора, а в торец вала ввертывают храповик.

Осевое перемещение вала ограничивают сталебаббитовые кольца, установленные в переднем коренном подшипнике. К фланцу заднего конца коленчатого вала крепят маховик.

Маховик

Маховик – чугунный диск с тяжелым ободом. Он служит для равномерного вращения коленчатого вала и преодоления двигателем повышенных нагрузок при трогании с места и во время работы. Маховик выводит поршни из мертвых точек, повышает плавность работы, облегчает пуск двигателя. На ободе маховика 6 напрессован зубчатый венец 7 для пуска двигателя от стартера. Маховик крепят установочными штифтами и несимметрично расположенными болтами, которые должны быть затянуты с моментом 140-150 н .м (14-15 кгс м). У некоторых двигателей имеется фланец, в котором просверлены отверстия для крепления маховика болтами. Иногда с задней стороны маховика некоторых двигателей предусмотрена выточка для размещения сцепления.

Крепление двигателя

Картер – это основание, на котором крепят основные детали двигателя. Картер изготавливают из алюминиевого сплава. Кривошипной камерой называется место картера, в котором вращается шатун и щеки коленчатого вала. Крепление двигателя к раме или подрамнику должно быть надежным, но упругим, чтобы вибрация двигателя не передавалась кузову, а перекосы рамы при движении не вызывали повреждения деталей крепления. Для этой цели между рамой автомобиля и опорными лапами двигателя помещают резиновые подушки.

Рис. Крепление двигателя на раме. 1 – кронштейн передней опоры двигателя; 2, 5 – болты крепления передней и задней опор; 3, 4 – резиновые подушки; 6 – кронштейн задней опоры двигателя; 7 – картер сцепления; 8, 9 – опорные кронштейны; 10 – блок цилиндров рамы.

Часто ставят по две опоры справа и две опоры слева у передней и задней частей двигателя. У четырехтактного двигателя в передней части картера находится коробка распределительных шестерен: в верхней части – расположен распределительный (кулачковый) вал, закрепленный подшипниками. Снизу картер закрыт штампованной крышкой – поддоном. Между картером и поддоном установлена прокладка.

Неисправности кривошипно-шатунного механизма

Работа двигателя должна быть в пределах установленных норм (паспортные данные на механизм). Двигатель должен работать ровно, без перебоев и стуков, расходовать топливо и масло согласно паспортным данным, развивать полную мощность.