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第3章 手扶拖拉机的构造与工作原理(1)

东风一12型手扶拖拉机结构比较简单,它主要由发动机、底盘、电气照明设备等三大部分组成。

(一)发动机的构造与工作原理

发动机是拖拉机的动力。东风一12型手扶拖拉机的发动机是卧式、单缸、四冲程S195柴油机,是内燃机的一种。它是利用柴油在汽缸内燃烧放出的热能,通过活塞、连杆、曲轴等零件的作用,使热旨转变成机械功的机器。

S195柴油机由曲柄连杆机构底气机构、供给系统、润滑系统、冷却系统和调速器等六大部分组成。

1.曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是柴油机的重要组成部分,其主要功用是:构成柴油的燃烧空间;活塞在汽缸内的直线往复运动和曲轴的旋转运动互相转换,并向外输送动力。

S195柴油机的曲柄连杆机构包括机体缸盖组、活塞连杆组、曲轴飞轮组、平衡机构、齿轮室总成等五个部分。

(1)机体、缸盖组

(1)机体。机体又名汽缸体,是用铸铁制成的长方形箱体,在其表面和内部,有许多经过加工的面和孔及铸成的通道,用来安装各零部件及保证润滑油和冷却水的.

(2)汽缸套。汽缸套用高磷合金铸铁制成,内表面经镗磨加工,具有很高的尺寸精度和犚值很小的表面粗糙度。它的主要功用是:活塞往复运动的导轨,与活塞顶部、汽缸盖、汽缸垫共同组成燃烧空间,是柴油燃烧做功的场所。本机为湿式缸套,装配后在汽缸套和机体之间构成冷却水套。

(3)汽缸盖。汽缸盖用铸铁制成,它与汽缸套、活塞顶、汽缸垫片共同组成燃烧空间。汽缸盖内部有进、排气道供气体流通,并有冷却水套,供冷却水进入,以冷却汽缸盖和其他有关零件。汽缸盖上装有涡流室镶块,构成一个涡流室式燃烧室,以改善混合气的形成和燃烧。启动时,由于柴油机转速较低,涡流室内空气涡流强度较差,部分燃油穿过启动副喷孔直接喷至活塞顶中间温度较高的部位,使柴油机容易点火启动。柴油机正常运转后,转速升高,涡流室内涡流强度增强,雾状燃油在涡流室内与高温高压空气混合后着火燃烧,燃烧火焰连同未烧尽的油粒从主喷孔喷入主燃烧室,借助活塞顶部的铲击形凹坑,产生二次涡流,进一步和主燃烧室空气混合,使燃烧更加充分。

(2)活塞、连杆组

(1)活塞。活塞用铝合金铸成。活塞顶部是组成燃烧室的一部分,在工作过程中,承受压缩气体和膨胀气体的压力。其顶部制成特殊形状的铲击形凹坑产S合涡流室式燃烧室以改善混合气的形成和燃烧。工作时,活塞在汽缸中作直线往复运动。

(2)活塞环。活塞环用合金铸铁制成。气环起密封和传热作用。油环在活塞下行时起刮油作用,当活塞上行时浅槽内贮存的润滑油均匀地分布到汽缸壁上,改善汽缸壁与活塞之间的润滑。S195柴油机共有四道活塞环,第一道气环为镀铬桶面环,第二、三道气环为锥面形环,第四道油环为螺旋内撑簧油环。安装时注意开口间隙和边间隙,并注意切勿装反。

(3)活塞销。活塞销用20铬钢制成。它的功用是把活塞和连杆联接起来,在活塞与连杆之间传递动力。活塞销、活塞销孔和连杆小头衬套的联接形式为浮动式。安装时要采用热装方法在并注意活塞顶铲击形四坑和连杆小头上的油孔要在同一方向,不得装错。

(4)连杆和连杆轴瓦。连杆用45钢锻制而成。它的功用是将活塞和曲轴联接起来,传递动力。

连杆轴瓦装在连杆大头内,它由两个半圆组成,内表面浇有一层高锡铝合金,起减磨作用。连杆轴瓦和连杆轴颈之间应有一定的间隙,以便形成油膜,减少磨损。

(3)曲轴飞轮组

曲轴飞轮组是受力最大的最重要的运动件。它由曲轴、飞轮、正时齿轮等零件组成。

(1)曲轴。曲轴是柴油机的主轴,用球墨铸铁制成。它的功用是接受活塞连杆传来的力,并使活塞的往复直线运动转变成曲轴的旋转运动,通过飞轮、传动机构输出柴油机的功。另外,通过曲轴正时齿轮,驱动其他齿轮,带动配气机构、调速机构、平衡机构等进行工作。

(2)飞轮。飞轮是一个铸铁圆盘,安装在曲轴一端的锥形部分。依靠飞轮旋转起来的较大惯性力使柴油机易于启动,且平稳地运转,并向底盘或其他作业机械输送动力。飞轮圆周上打有上止点、下止点、气门开闭、供油等钢印记号,用来和水箱上的刻线对齐,以检查各机构和系统的工作位置。

(4)平衡机构

平衡机构由铸有偏心重块的上平衡轴和下平衡轴组成,接受曲轴正时齿轮传来的动力而旋转,两轴的旋转方向相反。在整个旋转过程中,两平衡轴的偏心重块所产生的离心力,在垂直方向上的分力永远是大小相等、方向相反、互相抵消;而在水平方向上的分力和活塞、连杆小头运动的惯性力大小相等、方向相反、互相抵消,从而减小了柴油机的震动。

(5)齿轮室总成

齿轮室内装有曲轴正时齿轮、凸轮轴齿轮、调速齿轮、启动齿轮、两只平衡轴齿轮和调速器。曲轴正时齿轮将曲轴的动力通过凸轮轴齿轮、调速齿轮等分酉给其他机构和系统,带动它们协同动作,保证柴油机正常工作。

2.配气机构

配气机构的功用就是按照发动机的工作过程和次序,定时打开或关闭气,使进气充分、排气干净,并在压缩和做功冲程时,使燃烧室密封,以保证发动机的正常工作。

S195柴油机的配气机构设置在汽缸顶部,称为顶置式气门配气机构。它由驱动组、传动组、气门组三部分零件组成。当柴油机曲轴旋转时,曲轴正时齿轮通过调速齿轮、凸轮轴齿轮带动凸轮轴旋转。当凸轮的凸起部分不与挺柱接触时,气门在气门弹簧的作用下紧压在气门座上,气门处于关闭状态。凸轮轴继续旋转,当凸轮顶起挺柱时,通过推杆、调整螺钉使气门摇臂摆动曲压缩气门弹簧曲顶开气门直至全部打开。凸轮轴再继续旋转,凸轮凸起部分又离开挺柱,气门受气门弹簧张力的作用又逐渐关闭。凸轮轴旋转一周,进气气门各开、闭。

(1)驱动组

驱动组包括凸轮轴和凸轮轴正时齿轮。凸轮轴上有喷油泵凸轮、进气凸轮、排气凸轮各1个,用来定时开启气门和推动喷油泵向汽缸内供油。凸轮的外形和位置决定了气门开闭的时间、开闭的快慢、最大开启程度和喷油泵6勺正常油。

(2)传动组

传动组包括挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、摇臂轴座等零件。它的主要功能是传递动力,其传动路线是凸轮轴—气门挺柱—气门推杆—气门摇臂,然后改变力的方向推。

(3)气门组

气门组由气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧、弹簧座、气门锁夹等零件组成。

(1)气门和气座因气门的开启和关闭时间短促而承受着频繁的冲击力,且直接受燃烧气体的冲击,工作状态恶劣而润滑困难,因此为重要的易损件。气门头锥面上的密封带与气门座上相应的密封带应紧密配合,保证密封。若密封不良,汽缸内气体漏出,造成启动困难,功率下降,甚至不工作。

进气门用40铬钢制成,排气门用硅铬钢制成,气门座圈米用格钼铜合金铸铁制成。

(2)气门导管是用铁基粉末冶金制成的圆柱形管子,起导向作用。

(3)气门弹簧用来保证气门能自动关闭,并与气门座紧密贴合,防止漏气。

(4)减压机构

减压机构的功用是在柴油机启动时(或进行技术保养时)使气门打开,汽缸内空气不受压缩,以减少曲轴转动的阻力,易使曲轴的转速加快。待曲轴达到一定转速后,松开减压机构,气门恢复正常工作。此时,尽管汽缸内有了压缩力,但曲轴转速已经升高,飞轮已有了惯性力,易于克服压缩阻力,从而改善了柴油机的启动性能。

配气相位:

进、排气门开、闭的时间用曲轴旋转的角度来表示,称为发动机的配气相位,也叫配气定时。配气相位用图来表示就叫做配气相位图。

由柴油机的工作原理可知,气门的开、闭,理论上应该是活塞在上、下止点时的开始或终了。这样,进、排气门由开始打开到关闭终了所需要的时间用曲轴转角来表示均为180°。但实际上,为了改善进气和排气效果,使新鲜空气进得更充分,废气排得更干净以进气总是在活塞上止点以前开,下止点以后关;排气总是在活塞下止点以前开,上止点以后关。气门每次开启的延续时间相对于曲轴转角总是大于180°的。

每种机型都有最佳配气相位,这是设计时用实验方法确定的。S195柴油机的配气相位是进气门在排气冲程活塞到达上止点前17°时开始打开,至活塞到达下止点后43°关闭;排气门在做功冲程活塞至U达下止点前43°时开始打开,至活塞到达上止点后17°关闭。

配气相位的准确与否,对发动机的功率和经济性影响较大。在使用中要注意保持配气相位的准确性。

3.供给系统

柴油机供给系统的功用是根据工作的需要,定时、适量地向汽缸内供应清洁的空气和清洁雾化的柴油。供给系统分柴油供给系统和空气供给系统两部。

(1)柴油箱

柴油箱用镀锌薄钢板制成。油箱盖上的通气孔的作用是使燃气蒸汽排出和大气空气进入,保证油面上维持一个大气压力,使燃油系统畅通供此孔堵塞会造成供油困难,甚至中断。

(2)柴油滤清器

滤清器的功用是清除燃油中的机械杂质,减少喷油泵、喷油器等精密零件的磨损供柴油先经粗滤清器过滤,然后进人细滤清器壳体与滤芯之间。由于流速降低,柴油中较大的杂质和水分便沉淀在壳体的底部。柴油透过纸质滤芯进人内腔时又经一次过滤,杂质被阻在滤芯外表。经二次过滤后的柴油再流向喷油泵。

(3)喷油泵

喷油泵是柴油机的“心脏”。它的工作好坏直接关系到整个柴油机的工作性能。喷油泵的功用是提高柴油的压力,根据柴油机负荷的大小,在规定的时间内通过喷油器向汽缸内供给一定数量的柴油,并要求供油开始和终了的动作敏捷,干净利落。

喷油泵的关键零件是柱塞偶件和出油阀偶件供柱塞在油泵凸轮的推力和柱塞弹簧张力的交替作用下,在柱塞套内作直线往复运动,完成供油过程;柱塞上的调节臂在柱塞套内作旋转运动,改变了柱塞上斜槽开启柱塞套油孔的时间,从而完成供油量大小的改变过程。出油阀的作用是当柱塞停止供油,柱塞顶部油压迅速下降,出油阀在弹簧作用下被压向阀座时,减压环带首先进入阀座孔,迅速切断柱塞顶部与高压油管之间的油路。当出油阀继续向阀座移动,而减压环带继续向孔内移动时,便导致高压油管内的油压骤然下降。同时出油阀上的圆锥面也很好地密封,喷油便迅速停止,避免了喷油器的浸油、滴油现象。

(4)喷油器

喷油器的功用是将喷油泵送来的高压柴油雾化喷入燃烧室内。喷雾质量的好坏对柴油机的工作性能有很大影响。

决定喷油器喷油质量的关键零件是针阀偶件,俗称喷油头。它由针阀和针阀体这一对精密零件组成。针阀前端的密封锥体与针阀体的密封锥座上有一圈无光泽的密封环带俗占合在一起,起密封作用。如果密封不良,就会产生滴油、浸油。

(5)进气系统

进气系统包括空气滤清器和进气管两部分。空气滤清器的功用是滤去进入汽缸的空气中的尘土、杂质,保证进入汽缸的空气清洁、干净。

S195柴油机用作手扶拖拉机发动机时,采用三级空气滤清器。它由干离心式、湿惯性式和湿过滤式三级滤清机构组成。

(6)排气系统

排气系统包括排气管和消声器两部分。排气管和消声器的功用是将燃烧做功后的废气排入大气中,并减排。

4.调速器

调速器的功用是根据拖拉机负荷大小自动调节供油量的大小,使曲轴转速和拖拉机行走速度相对稳定,并限制曲轴的最高转速和维持最低稳定转速,使拖拉机正常工作。

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