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康明斯柴油机润滑系统的结构组成和工作原理
发布时间:2023-11-10 01:48:51  ▏阅读:

 

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柴油发电机润滑系统的结构组成和工作原理

 

摘要:柴油机工作时,各运动件表面(如曲轴与轴瓦、活塞与气缸壁等)之间必然会产生摩擦。金属表面间的摩擦,不仅会增大柴油机内部的功率消耗,使零件工作表面迅速磨损,而且由于摩擦产生大量的热,将导致零件工作表面烧损,致使柴油机无法正常运转。为了保证柴油机正常工作,必须对各相对运动的零件表面加以润滑,使金属表面间形成润滑油膜,以减小摩擦阻力,降低功率消耗,减轻机件的磨损,延长柴油机的使用寿命。因此,润滑系统的基本任务就是将清洁的、具有一定压力的、温度适宜的机油不断供给运动零件的摩擦表面,使柴油发电机能够正常工作。

 

一、润滑系统的研究现状

 

1、国外的研究现状

      随着系统科学的发展和进步,20世纪70年代德国的汽车工程师就从润滑系统的角度入手,建立了较为全面的润滑系统模型,然后再利用计算机对模型进一步的优化和完善,同时对模型进一步验证,第一次的从系统的角度对发动机润滑系统进行了模拟设计,随后又对汽车的性能、功能指标进行逐步的分解,得到了零部件的详细开发流程,最后对润滑系统进行总结和完善,极大的提高了润滑系统的开发效率和开发水平。这一逻辑方法一直被沿用至今,只是在实际应用过程中考虑的侧重点有所不同以及应用软件工具的差异导致的研究重点不同。其中较为出名应用软件有美国的通用公司开发的往复式发动机摩擦和润滑分析综合软件包FLARE,该软件能够较为全面的分析出柴油机润滑系统的润滑情况。利用计算机技术对发动机润滑系统进行研究始于上个世纪60年代,70年代美国的Ford就报道了利用计算机来模拟柴油机的润滑系统,随后康明斯公司也发表了网络解法对润滑系统模拟实验,在80年代过后,英国的帕金斯研发出了一种通用的润滑系统油路网络模拟程序,其能够更完善的反映出润滑系统的真实情况。

2、国内的研究现状

      目前我国针对柴油机的润滑系统的研究较少,并且有不少的研究人员在研究柴油机润滑系统主要的研究重点集中在润滑系统某一摩擦副,例如曲轴轴承摩擦副,很少有人从润滑系统的整体角度出发来研究润滑系统。

3、柴油机润滑系统的发展趋势

      当发动机在工作时,其各个零件的工作条件和工作状态有所不同,系统的运行对于润滑的程度要求也不一样,因此实际工作中需要采取不同的润滑方式,加上人们越来越关注节能减排问题,所以研究方向主要针对我国的柴油机润滑系统在现有基础上进行优化,以进一步的提高润滑系统的经济性、可靠性、耐久性和环保性。此外,柴油机润滑系统的设计还有可能进一步的借鉴国外最新研究成果,整体对发动机润滑系统进行设计优化分析,例如可控油量的发动机润滑系统设计就很好的说明的这个问题。同时本文对发动机的润滑系统的性能分析评价方法进行完善和优化,在现在的网络模拟分析法的基础上进一步完善润滑系统的评价,如温度场、流量场、压力场以及相关摩擦表面进行更详细的性能研究。

 

二、润滑系统工作原理

 

      润滑系统中必须具有为进行压力润滑和保证机油循环而建立足够油压的机油泵、贮存机油的容器(一般利用油底壳贮油)、由润滑油管以及在柴油发电机机体上加工出来的一系列润滑油道组成的循环油路。油路中还必须有限制最高油压的装置也就是限压阀,它可以附于机油泵中,也可以单独设置。

1、工作原理

      柴油发电机运转时,在相对运动的机件中间保持一定的油膜储存在各表面间,使部件之间不直接产生摩擦,从而使摩擦系数降低,减少摩擦损失和减轻活动件表面磨损,提高柴油发电机的有效功率,确保零件的使用寿命。润滑油能封闭活塞与汽缸之间的间隙,润滑油形成的油膜能增加密封度,防止串气,并且弥补微小间隙,防止噪音的产生。

2、油路布置

      润滑系统工作过程如图1、图2所示。由机油泵压出的机油流经机身上的油道,进入两个旋装式机油滤清器,机油滤清器呈水平对置,并联安装。经过过滤后的机油进入机油冷却器(位于机身右侧的水腔内),冷却后的机油首先进入主油道,然后经过斜油道润滑凸轮轴轴承、曲轴轴承。此后一部分进入副油道,通过喷嘴冷却活塞顶部及润滑清洁缸套壁。连杆小头顶部加工有集油孔,靠飞溅润滑。另一部分通过曲轴内加工的斜油道进入连杆轴承,润滑后进入油底壳。进入副油道的润滑油又分成两部分:一部分经过喷嘴;另一部分则通过外部油管润滑单缸空气压缩机和高压喷油泵。在主油道的后端引出一外部油管,用以润滑增压器(自然吸气型机无此油管,以碗形塞封死)。

      从机身到挺柱孔有一细斜油道,用以润滑挺柱。机油经空心推杆、气门摇臂内油孔以润滑配气机构。为了防止铁屑进入机油泵,在油底壳内装有磁性螺塞,以吸住进入油底壳内的铁屑,防止铁屑进入摩擦副表面而引起拉伤、化瓦等事故。在机油主油道上还装有机油限压阀。在机油冷却器进油口与机身主油道间设有旁通阀。

 3、主要功能

      润滑系统是将定量、洁净,有适当粘度的高品质润滑油输送至各必要部位,它对柴油机的工作可靠性和耐久性有很重要的作用。其主要功能:

(1)减少零件的磨损和降低摩擦阻力;

(2)对润滑表面进行冷却和清洗;

(3)对油膜吸附的地方起防锈作用;

(4)密封作用;

(5)缓冲和吸收振动;

(6)提供液压介质。

 

康明斯柴油机润滑系统工作示意图(右侧).png

康明斯柴油机润滑系统工作示意图(右侧)

康明斯柴油机润滑系统工作示意图(左侧).png

康明斯柴油机润滑系统工作示意图(右侧)

 

三、润滑系统的组成

 

      康明斯柴油机润滑系统由油底壳、机油泵、机油冷却器、冷却活塞小喷嘴、机油管道、调压阀、机油滤清器、油压传感器等部件构成。 各系列发动机润滑系统的区别在于零部件结构和管道布置方式的不同,润滑系统除了起到润滑柴油发电机各部件的作用外,还具有冷却、清洁、密封和防锈等功能,其中润滑油起着至关重要的作用。

1、油底壳

      油底壳底部装有磁性螺塞,能吸住摩擦副磨下来的铁屑。油底壳与机体间有U型橡胶密封垫,起密封和吸振作用,用托块与机体联接,油底壳托块为铸铁件。

2、机油泵

      机油泵是给机油加压,实现压力润滑,保证机油在润滑油路中流动循环。目前柴油发电机大都采用外啮合式齿轮泵或内啮合式转子泵。

       在功率较大的柴油发电机上通常装有机油泵,其作用在柴油发电机启动前向各摩擦表面压送机油进行预润滑。

      它的柱塞装在泵体内,通过拉杆4和摇臂5带动柱塞作往复运动。柱塞外圆装有密封环,将泵体内部空间密封。进油和出油都是单向活门控制。当摇臂向左摇动时,将柱塞向右拉动,泵体内容积增大,压力下降,进油单向活门开,机油被吸人泵体内。当摇臂向右摇动时,柱塞被压向左移,泵体内部容积缩小,压力升高,进油活门关闭,同时机油从出油单向活门被压送出去。这样摇臂不断扳动,机油就会不断地压送到摩擦表面上进行预润滑。

3、机油滤清器

       柴油发电机在工作过程中,机油里将含有越来越多磨损下来的金属细末、尘土等机械杂质和燃烧生成物和氧化生成物等,使柴油发电机各零件表面摩擦和磨损加剧,零件表面拉毛或刮伤,严重时甚至油泥使输油管堵塞,造成烧瓦等严重事故。机油滤清装置的作用是清除机油中的杂质减少零件磨损,防止油道堵塞,延长机油使用期限。在柴油发电机润滑系统中,通常装有集滤器、粗滤器和精滤器几种不同滤清能力的滤清装置分别中接或并接在主油道之中,以清除各种粗细杂质。图3为机油滤清器未过滤前润滑油路流向,图3为机油滤清器过滤后润滑油路流向。

 

康明斯柴油机滤清器未过滤前润滑过程.png

图3  康明斯柴油机滤清器未过滤前润滑过程

康明斯柴油机滤清器过滤后润滑过程.png

图4  康明斯柴油机滤清器过滤后润滑过程

 

      机油滤清器内装有二个阀,一个是调压阀(工作原理如图5所示),另一个是旁通阀(工作原理如图6所示)。

(1)调压阀

      调压阀的作用是为了防止柴油发电机工作时机油压力过高或过低。在柴油发电机出厂试验时巳调节好,不要随便扳动。若机油滤清器经过拆装,重新装在柴油发电机后应对调压阀进行校正,将调节螺钉旋入时可使机油压力提高,旋出时可使油压降低。当柴油发电机转速为1500转/分钟时,机油压力表读数应调整到(198.1-343.2)kPa,机油压力调节好后应将调节螺钉固定,并将螺母锁紧。

(2)旁通阀

      旁通阀的作用是当粗滤器芯子阻塞时,机油由旁通阀流通,以保持机油不间断地供应,此阀不能调整,不应随便扳动。

 

康明斯柴油机润滑系统调压阀结构图.png

图5  康明斯柴油机润滑系统调压阀原理图

机油滤清器旁通阀原理图.png

图6  机油滤清器旁通阀原理图.

 

4、机油冷却装置

      机油冷却装置的作用是用来强制冷却机油,以保持机油在最适宜的温度范围内工作。机油冷却装置有风冷和水冷式冷却器两种形式。通常把风冷称为机油散热器,而水冷则称为机油冷却器。

(1)风冷式机油散热器

       它由上油室、下油室和散热管等部分组成。安装在水箱前部或后部,依靠风扇的鼓风作用吹散热量,使机油得到冷却。

(2)水冷式机油冷却器

      功率较大的柴油发电机通常采用水冷式机油冷却器。机油从进油口进入,由于受隔片而绕曲折路线流向出口,冷却水在冷却铜管内流动,管外设置密布的散热片以增加冷却效果。为12缸型柴油发电机机油冷却器。冷却器芯子由很多中10mm铜管排列组成。沿管子轴向交叉地布置着几个隔板,外壳用钢板焊接而成。芯子前端的管板装在前盖与外壳端面法兰之间,用螺栓固定。在机油出口处,芯子与外壳连接法兰外圆上均打有“0”宇标记,组装时应对准,否则机油在冷却器内流动时会产生“死区”,影响冷却效果。芯子后端管板直接套装在后盖与壳体之间,用密封圈密封。

       机油冷却器应定期清洗,在装拆时应注意使封油圈保持原来装配位置,否则会造成油水混合。当封油圈用久老化时,应更换新件。

5、主油道限压阀

      发动机的机油压力的选定应在保证发动机足够润滑的设计要求的同时,尽量降低机油压力。过高的机油压力使机件容易损坏,如机油泵、机油滤清器、冷却器等,并且大量消耗发动机的功率,使输出有用功减少。为防止机油压力过高而造成上述弊端,在主油道和支油道上设置有最高压力限制阀即限压阀。

6、机油压力传感器

      机油压力传感器上有两根接线头,当机油压力逐渐变化时,滑动电阻亦变化。当机油压力升高时,滑动电阻增大,显示机油压力高;反之,显示机油压力低。当机油压力降低到规定值时,报警红灯亮,此时,应正即停车检查发动机油压降低的原因。

7、润滑油管路

      润滑油管路主要负责将润滑油从润滑油泵传输到各个润滑点,通常采用弹性材料或金属来制造,以保证其在柴油机高速运行时的承压能力。

8、润滑油脂

      润滑油脂不仅可以在柴油机高速运行时充分润滑,还能够减少噪音和振动,降低能耗,增强发动机动力。

 

总结:

      自上世纪90年代以来,润滑系统技术不断发展、更新,实现了润滑成本的降低、润滑效果的提高以及长期使用寿命的延长。随着润滑系统技术的不断创新,柴油机在高质量润滑系统的加持下,将会明显提高其动力性和经济性,实现更加高性能的运转效果。有效的润滑系统的开发和设计是保证柴油机工作的前提和基础,发动机的各运动部件的冷却、润滑、清洁等都依赖于润滑系统科学的设计和开发,润滑系统是衡量发动机可靠性、安全性、耐久性的重要指标,所以本文就主要分析了目前关于柴油发电机润滑系统的发展情况,并对其发展趋势进行了分析,以有利于发动机润滑系统的发展。

 


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