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使用說(shuō)明書(shū) |
柴油發(fā)電機組活塞連桿組結構和作用 |
導讀： 康明斯柴油發(fā)電機的活塞連桿組是將活塞承受的氣體壓力通過(guò)連桿傳給曲軸，并將活塞的直線(xiàn)往復運動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉運動(dòng)輸出機械能?；钊M由活塞、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)、活塞銷(xiāo)卡簧等組成，它與連桿結合在一起，組成了活塞連桿組。活塞連桿組是柴油機中至關(guān)重要的部件之一，它實(shí)現了燃氣壓力到機械能的轉化，為發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力輸出提供了基礎。因此，了解活塞連桿組的組成和工作原理對于理解柴油發(fā)動(dòng)機的工作原理非常重要。
一、活塞連桿組的作用
活塞連桿組的功用是推動(dòng)柴油機運轉，將機械能轉化為熱能，供給柴油發(fā)電機燃料消耗和產(chǎn)生動(dòng)力。在活塞連桿組的工作過(guò)程中，活塞和連桿的運動(dòng)狀態(tài)需要精確控制，以確保發(fā)動(dòng)機的正常運轉。此外，活塞和連桿的材質(zhì)、尺寸和重量也會(huì )對發(fā)動(dòng)機的性能產(chǎn)生影響。其基本結構和外觀(guān)如圖1、圖2所示。具體來(lái)說(shuō)，活塞連桿組的作用如下：
1、 提供動(dòng)力
活塞連桿組通過(guò)曲軸旋轉將機械能轉化為熱能，供給柴油發(fā)電機引擎產(chǎn)生動(dòng)力。
2、 維持曲軸旋轉
活塞連桿組將動(dòng)力傳遞給曲軸，使曲軸旋轉，進(jìn)而驅動(dòng)柴油機轉動(dòng)。
3、控制燃燒過(guò)程
在燃燒室內，活塞連桿組通過(guò)控制燃燒過(guò)程，使燃料在缸內燃燒產(chǎn)生能量，進(jìn)而產(chǎn)生動(dòng)力。
活塞連桿組是柴油機中至關(guān)重要的一組組件，不僅為柴油發(fā)電機提供了動(dòng)力，還維持著(zhù)柴油發(fā)電機正常運行的安全性和穩定性。
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圖1 活塞連桿組零件構成 |
圖2 活塞連桿組三維立體圖 |
二、活塞
活塞的作用是與汽缸、汽缸蓋共同組成燃燒室，并通過(guò)活塞銷(xiāo)和連桿向曲軸傳遞機械能。它可分為頂部和裙部?jì)刹糠帧?br />
1、活塞頂部
它是燃燒室的組成部分，當柴油發(fā)電機工作時(shí)，非增壓型的直接承受約5800、8800kPa，增壓型的約8000、12000kPa的爆發(fā)壓力和瞬間高溫的作用，整個(gè)活塞溫度分布又極不均勻，并進(jìn)行不等速的高速直線(xiàn)運行，因此，活塞強度要高、導熱性要好、熱膨脹系數要小。根據承受壓力分成多種形狀，如圖3、圖4所示。
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圖3 活塞平頂和凸頂形狀 |
圖4 活塞凹頂和成型頂形狀圖 |
2、活塞環(huán)槽部
活塞頂部圓周還切有數道環(huán)槽，上部的2一3道環(huán)槽是安放氣環(huán)用的，目的是防氣漏入曲軸箱，并將活塞吸收的熱量經(jīng)活塞環(huán)傳給汽缸壁。下部的1、2道環(huán)槽是安放刮油環(huán)用的，在環(huán)槽的底面上裝鉆有許多徑向小孔，使油環(huán)從汽缸壁上刮下來(lái)的多余潤滑油經(jīng)小孔流回油底殼活塞裙部：環(huán)槽以下部分稱(chēng)裙部，它用來(lái)引導活塞在汽缸內作直線(xiàn)運動(dòng)，并把連桿的側向力傳給汽缸壁。
3、活塞裙部
活塞裙部有活塞銷(xiāo)孔，供安裝活塞銷(xiāo)并連接連桿。銷(xiāo)孔內設有環(huán)槽，供安裝彈性卡環(huán)以便用來(lái)防止活塞銷(xiāo)在工作中發(fā)生軸向竄動(dòng)?；钊共恳缶哂凶銐虻某袎好娣e，又要保持與汽缸壁的最佳間隙，間隙過(guò)大會(huì )使密封性變差和發(fā)生敲擊現象，過(guò)小則易刮傷缸壁甚至發(fā)生咬缸現象?；钊敳吭O有各種各樣的凹坑，其形狀是根據燃燒室型式及混合氣形成方式而設計的，一方面避免氣門(mén)與活塞頂部碰撞，另一方面使可燃混合氣的形成更有利，燃燒過(guò)程更加完善。
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圖5 活塞彎曲變形狀態(tài) |
圖6 活塞擠壓變形狀態(tài) |
圖7 活塞裙部變形狀態(tài) |
二、活塞環(huán)
活塞環(huán)主要作用是保持活塞與汽缸壁之間的密封，將燃料的化學(xué)能轉變?yōu)闄C械能。傳統活塞環(huán)安裝在發(fā)動(dòng)機氣缸套里后，開(kāi)口的兩個(gè)端面有一定的閉口間隙，這個(gè)間隙雖小，但可以說(shuō)是一個(gè)完全敞開(kāi)的通道?；钊h(huán)是具有彈性的金屬開(kāi)口圓環(huán)，按其功用不同可分為氣環(huán)（又稱(chēng)密封環(huán)）和油環(huán)（又稱(chēng)刮油環(huán)）兩種。安裝示意圖如圖8所示。
1、氣環(huán)
氣環(huán)的作用是密封活塞與汽缸之間的間隙，防止燃燒室中的高溫、高壓燃氣竄入曲軸箱內，并將活塞所吸收的熱量傳給汽缸壁及冷卻介質(zhì)。它安裝于活塞上部的2、3道環(huán)槽內。氣環(huán)有多種不同的斷面形狀，分別是矩形環(huán)、錐形環(huán)、桶面環(huán)、扭曲環(huán)和梯形環(huán)，如圖9所示。
2、油環(huán)
油環(huán)的作用是刮除汽缸上多余的潤滑油，防止潤滑油竄入燃燒室，并將潤滑油油膜沿汽缸壁均勻分布，增強潤滑效果。它安裝于活塞下部1、2道環(huán)槽內?；钊h(huán)要承受高速往復運動(dòng)的摩擦力，使用的材料必須具有良好的耐磨性、耐熱性、導熱性、彈性和韌性。
活塞環(huán)在自由的狀態(tài)下是比汽缸內徑大的開(kāi)口環(huán)，它是在壓緊的狀態(tài)隨同活塞裝于汽缸內，依靠本身的彈性作用貼緊缸壁，實(shí)現其功能?；钊h(huán)開(kāi)口處留有的間隙應適中，如開(kāi)口過(guò)刁、在高溫工作環(huán)境下因無(wú)膨脹余地而會(huì )造成咬死現象，而開(kāi)口過(guò)大則會(huì )造成漏氣。柴油發(fā)電機活塞環(huán)開(kāi)口間隙一般為0~4、0~8mm。
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圖8 活塞環(huán)安裝示意圖 |
圖9 活塞環(huán)氣環(huán)斷面形狀圖 |
三、活塞銷(xiāo)
1、工作條件
活塞銷(xiāo)通常采用低碳鋼或合金鋼加工制成空心圓柱形，表面經(jīng)過(guò)滲碳淬火處理增加其強度。安裝時(shí)活塞銷(xiāo)的中部穿過(guò)連桿小端孔的襯套，其兩端支撐在活塞裙部的銷(xiāo)座孔中，并用卡簧進(jìn)行軸向定位，防止軸向竄動(dòng)而刮傷汽缸壁?；钊N(xiāo)是將活塞與連桿鉸接的中空短銷(xiāo)，作用在活塞上的氣體力和往復慣性力完全通過(guò)活塞銷(xiāo)傳遞給曲軸?；钊N(xiāo)在較高的溫度下要承受很大的周期性沖擊負載，而且潤滑條件較差，所以不但要求活塞銷(xiāo)應有足夠高的強度和剛度，要求它有耐沖擊和良好的表面耐磨性能?；钊N(xiāo)與連桿小端襯套和銷(xiāo)座孔為間隙配合，這樣工作時(shí)可緩慢轉動(dòng)，使磨損均勻，提高其疲勞強度。
2、材質(zhì)要求
活塞銷(xiāo)的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼，如20、20Mn、15Cr、20Cr或20MnV等。外表面滲碳淬硬，再經(jīng)精磨和拋光等精加工。這樣既提高了表面硬度和耐磨性，又保證有較高的強度和沖擊韌性。
3、活塞銷(xiāo)結構
活塞銷(xiāo)的結構形狀很簡(jiǎn)單，基本上是一個(gè)厚壁空心圓柱。其內孔形狀有圓柱形、兩段截錐形和組合形。圓柱形孔加工容易，但活塞銷(xiāo)的質(zhì)量較大；兩段截錐形孔的活塞銷(xiāo)質(zhì)量較小，且因為活塞銷(xiāo)所受的彎矩在其中部最大，所以接近于等強度梁，但錐孔加工較難。
四、連桿
連桿是活塞連桿組中最重要的部件之一，它連接著(zhù)活塞和曲軸，是將活塞的往復運動(dòng)轉換為曲軸的旋轉運動(dòng)的關(guān)鍵組成部分。連桿的形狀通常是I形或H形，由鑄鐵或鋁合金制成。在柴油機工作時(shí)，活塞的上下運動(dòng)會(huì )帶動(dòng)連桿旋轉，從而將汽缸內的燃氣能轉換為曲軸的旋轉能，實(shí)現柴油機的動(dòng)力輸出。
連桿一般由小頭、桿身和大頭三部分組成。連桿一般由中碳鋼或合金鋼彈壓而成。連桿小端與活塞銷(xiāo)相連，工作時(shí)與銷(xiāo)之間有相對運動(dòng)，小頭孔中有襯套（青銅）。在連桿的小端和襯套上鉆有小孔（油道），用來(lái)潤滑小端和活塞銷(xiāo)。
1、連桿桿身
連桿桿身通常作成工字型斷面，以求增加其強度和剛度。在其中間有油潤滑油道。
2、連桿大頭
連桿大頭與曲軸的曲柄銷(xiāo)相連，大頭一般作剖分式的，被分開(kāi)的部分稱(chēng)為連桿蓋，接特制的連桿螺栓緊固在連桿的大頭上。連桿蓋與連桿大頭是組合搪孔，為了防止裝配錯誤，在同一側有配對記號。大頭孔表面有很高的光潔度，以便與連桿軸瓦緊密貼合。連桿大頭還銑有定位坑，連桿的大端還有油孔。
連桿大頭在柴油機上受力大，其大頭直徑較大，超過(guò)氣缸的直徑，采用斜切口，一般與連桿軸線(xiàn)成30~60℃夾角。
3、連桿螺栓
連桿螺栓是經(jīng)常受交變應力作用的重要零件，安裝時(shí)，必須牢固可靠，要符合工廠(chǎng)規定的擰緊力矩，分2~3次擰緊。
總結：
綜上所述，活塞連桿組的各個(gè)部分在內燃機中起著(zhù)重要的作用。它們的合理設計和優(yōu)良性能可以提高發(fā)動(dòng)機的工作效率和可靠性，同時(shí)減少摩擦和磨損，延長(cháng)發(fā)動(dòng)機的使用壽命。因此，在發(fā)動(dòng)機設計和制造過(guò)程中，對活塞連桿組的選材和加工工藝要進(jìn)行仔細考慮，以確保其穩定可靠地工作。
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