Назначение коромысла – Устройство газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: назначение, принцип работы

Содержание

1.1 Назначение, устройство и материалы коромысла. Коромысло двигателя ЗИЛ-130

Похожие главы из других работ:

Автоматизированная система управления технологическим процессом

2.3 Устройство и назначение диссольвера (СМУ)

1. Смеситель многокомпонентный универсальный СМУ представляет собой двухслойный резервуар, размещённый на опорах, предназначенный для термической обработки и смешения компонентов. 2. Дно резервуара торосферическое . 3…

Восстановление карданного вала

1.Назначение и устройство

Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от одного механизма к другому . Карданная передача чаще всего соединяе ведомый вал коробки передач или раздаточной коробки с ведущим валом главной передачи моста…

Выбор марки стали для детали

2. Назначение, конструкция и материалы валов

Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой цилиндрической формы), предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т. д., и для передачи вращающего момента…

Конструирование и технология изготовления металлической качели

2.1 Назначение и устройство сварной конструкции

Раскачиваясь, ребенок учится соблюдать баланс, развивает вестибулярный аппарат и свое воображение. Качели это первое детское экстремальное увлечение, удивительное и захватывающее…

Основы электросварки

1.2 Назначение, устройство трансформатора

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство…

Проект реконструкции моторного участка в условиях ООО «Автоэкспресс»

3.1 Назначение, устройство приспособления

Предлагаю приспособление для запрессовки поршневого пальца, коорое позволяет исключить травматизм при сборке шатунно-поршневой группы двигателя, так как шатун греется до 280 — 3200 С…

Производство стали. Штамповочные молоты

2. Производство стали в кислородных конверторах. Устройство и принцип работы конвертора. Исходные материалы и виды выплавляемых сталей

Кислородно-конвертерный процесс — выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму. Изобретателем конвертерного способа считают англичанина Бессемера…

Ремонт и техническое обслуживание карбюратора

3. Назначение и общее устройство

Карбюратор предназначен для приготовления смеси бензина с воздухом, которая называется горючей смесью. Он устанавливается на впускном трубопроводе двигателя. Простейший карбюратор (рис…

Создание средств карьерного транспорта на современном уровне на примере Экибастузского угольного бассейна

2.5 Назначение и устройство форсунки

На дизелях установлены форсунки закрытого типа, предназначены для направления струй и распыливания топлива в камере сгорания. Конструктивно различаются исполнением распылителя, размерами проходных сечений…

Технологический процесс восстановления вала сошки рулевого механизма с роликом в сборе

4.1 Назначение и устройство приспособления

Технология монтажа парогенератора ТЭС

1.1 Назначение, устройство и характеристика

Топочные экраны получают до 50% всего тепловосприятия рабочей среды в котле. Различают экраны гладкотрубные, в которых трубы расположены в одной плоскости самостоятельно с небольшим зазором 4-6мм и газоплотные, состоящие из панелей…

Технология ремонта червячного редуктора

1.1 Назначение, устройство, принцип действия

На рис. 1.1.1 показан червячный редуктор с верхним расположением червяка, он предназначен для передачи вращающего момента между двумя перекрещивающимся под углом 90* валами. Редуктор рассчитан на передачу мощности Р1=15 кВт…

Трубопроводы и арматура

Задвижка. Общее устройство, достоинства и недостатки, область применения, материалы

Задвижки широко используются в системах водоснабжения, технологических линиях нефти — газопереработки, в энергетических системах на трубопроводах с диаметром условных проходов от 50 до 2000 мм при рабочих давлениях 0…

Устройство станка IK825Ф2 и его эксплуатация

1.2 Назначение и устройство станка

вальцетокарный калибровочный станок Станок вальцетокарный калибровочный специальный модели IК825Ф2 с цифровой индикацией и управлением (УЦИ) предназначен…

Цель и организация проведения технического осмотра и ремонта системы питания

3. Назначение и общее устройство

Бензонасос — очень надежный и долговечный агрегат. Как правило, пока пробег автомобиля не превысит 120 тыс. км, никаких поломок не бывает. Неприятности начинаются с изнашивания всасывающего клапана (рис.1) и его седла (рис.2). Рисунок 1…

Коромысло двигателя ЗИЛ-130

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тюменский государственный нефтегазовый университет

Филиал

Кафедра: «МТО»

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине:

Техническое состояние ТТМ

на тему:

Коромысло двигателя ЗИЛ-130

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тобольск 2005

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1. Общая характеристика коромысла

.1 Назначение, устройство и материалы коромысла

.2 Изнашиваемые и разрушающиеся поверхности

. Условия работы на поверхностях трения

.1.Нагрузка и её изменения

.2 Скорость

.3 Температура

.4 Среда

.5 Физико-химические процессы на поверхностях трения

.6 Виды трения

.7 Виды износов

.8 Методы определения износа

.9 Закономерности проявления износов

.10 Последствия износа

. Меры снижения износов

.1 Производственные меры

.2 Ремонтные меры

.3 Эксплуатационные меры

Выводы и рекомендации

Список литературы

 

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОРОМЫСЛА

 

1.1Назначение, устройство и материалы коромысла

 

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к клапану. Представляет собой стальной неравноплечий рычаг; длинное плечо расположено над клапаном, а короткое — над штангой. При работе двигателя штанга нажимает на короткое плечо коромысла, а его длинное плечо — на стержень клапана. Коромысло выполняют неравноплечим для уменьшения хода толкателя и штанги, а также снижения сил инерции.

Коромысло 1 (см. рис. 1) клапанов изготавливается из стали 45Л точным литьём. Шаровая поверхность его, соприкасающаяся со стержнем клапана, термически обработана и отшлифована для повышения его надежности и износостойкости. Коромысло на оси вращается на бронзовой втулке, запрессованной в отверстие коромысла. В теле коромысла выполнено отверстие для подвода масла в отверстие регулировочного винта. В конец коромысла со стороны штанги вверит регулировочный винт 4 с контргайкой 5. С помощью ого винта производят регулировку зазоров в клапанах, зазор между носиком коромысла и стержнем клапана годится в пределах 0,25÷0,30 мм. Регулировочный винт — стальной, с каналом для подвода масла из канала коромысла к верхнему наконечнику штанги. Конец винта со сферическим углублением термически обработан.

В головку блока ввернуты шпильки, на которых установлены стойки и ось с коромыслами. От продольного смещения по оси коромысла удерживаются распорными пружинами, прижимающими их к стойкам и стопорным кольцам. Каждое коромысло качается на отдельной оси. От бокового смещения коромысло удерживается упорной шайбой и стопорным пружинным кольцом.

 

Рис. 1. Коромысло в составе ГРМ двигателя:

— коромысло; 2 — боёк; 3 — втулка; 4 — регулировочный винт; 5 — контргайка

 

1.2Изнашиваемые и разрушающиеся поверхности

 

Изнашиваемыми поверхностями в коромыслах клапанов двигателя ЗИЛ-130 являются следующие:

. Сферическая поверхность, контактирующая со стержнем клапана

. Внутренняя поверхность втулки, запрессованной в ступицу коромысла

Перечисленные поверхности подвергаются воздействию циклических нагрузок, работают в условиях высоких температур, и как следствие — повышенный износ контактирующих поверхностей. Износ втулки проявляется в виде отклонения от номинального диаметра. Износ бойка в виде изменения формы его сферической поверхности, а также появления трещин.

коромысло поверхность трение износ

 

2. УСЛОВИЯ РАБОТЫ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ТРЕНИЯ

 

2.1Нагрузка и её изменения

 

Во время работы двигателя, коромысло клапана подвергается постоянным циклическим инерционным нагрузкам. Нагрузка на рабочие поверхности коромысла находится в прямой зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Коромысло давит на клапан и заставляет его с большим ускорением начинать движение. Всё это приводит к значительному росту инерционных нагрузок.

Инерционные нагрузки достигают своего максимального значения в момент нажатия на клапан и момент возврата в исходное состояние.

 

2.2Скорость

 

Обеспечение наиболее выгодного режима заполнения цилиндра горючей смесью, а также выпуска отработавших газов определяет необходимость быстрого открытия и закрытия впускного клапана, а значит и движения коромысла с большими скоростями.

Величина скорости движения коромысла находится в прямой зависимости от изменения числа оборотов двигателя и достигает наибольшего значения при максимальных оборотах. В среднем

число циклов коромысла около 40000 раз/час.

 

.3 Температура

 

Коромысло клапанов работает в относительно мягких температурных условиях. Его температура не превышает 100 °C и мало меняется при работе.

 

2.4Среда

 

Нормальная работа коромысла предполагает наличие жидкостного и полужидкостного трений в сопрягаемых элементах. Поэтому среда, в которой работает коромысло, в основном зависит от качества смазывающего масла. При изношенных клапанах и их втулках через образовавшиеся зазоры возможен прорыв отработавших газов. В данных условиях значительно ухудшаются условия работы коромысла за счёт негативного воздействия на смазочное масло и материалы сопрягаемых деталей отработавших газов.

 

2.5Физико-химические процессы на поверхностях трения

 

Если перемещающиеся поверхности разделены смазочной пленкой толщиной не менее какой-то определенной для данных условий величины, то внутри смазочной пленки возникает жидкостное трение. При этом свойства масла, находящегося в виде пленки между твердыми поверхностями, не будут отличаться от его свойств в более толстых слоях.

Жидкостное трение является наиболее выгодным видом трения, так как при этом поверхности трения полностью разделяются жидкостью, что обеспечивает минимальное трение, а следовательно, и минимальное выделение тепла и незначительный износ.

Характерной особенностью гидродинамического режима смазки является способность к саморегулированию в определенных пределах: с повышением скорости возрастает сила трения и увеличивается тепловыделение, но с повышением температуры масла снижается его вязкость. Следовательно, сила трения и температура масляного слоя стабилизируются.

В идеальном случае (при совершенном гидродинамическом режиме) износ поверхностей равен нулю, так как контакт металлических поверхностей отсутствует и внешнее трение заменено внутренним трением между слоями масла.

При полужидкостном трении поверхности деталей местами контактируются непосредственно или через граничные слои смазки. Здесь отсутствует типичная для гидродинамического режима автоматичность регулирования температур и силы трения. Незначительные колебания нагрузки в этой области могут вызвать переход к граничному трению.

 

2.6Виды трения

 

При нормальной работе коромысла присутствуют жидкостное и полужидкостное трения.

С увеличением числа оборотов коленчатого вала растёт температура масла. При повышении температуры масла происходит уменьшение его вязкости. При уменьшении вязкости масла происходит переход в сопрягаемых деталях от жидкостного к полужидкостному трению.

Сухое трение в рассмотренных сопряжениях возникает при отсутствии смазки на их поверхностях. При нормальной эксплуатации это маловероятно.

 

2.7Виды износов

 

Износ рабочих поверхностей коромысла является результатом процессов механических изнашиваний.

Для втулки коромысла характерно абразивное (следствие режущего действия твёрдых частиц, находящихся между поверхностями трения) изнашивание и пластические деформации (перемещение поверхностных слоёв антифрикционного материала в направлении скольжения под действием значительных нагрузок с изменением размера деталей без потери их веса).

Для бойка характерны пластические деформации и хрупкое разрушение. Хрупкое разрушение состоит в том, что поверхностный слой материала одной из сопряжённых деталей в результате трения и наклёпа становится хрупким и разрушается, обнажая лежащий под ним менее хрупкий материал.

 

2.8Методы определения износа

 

Износ отверстия во втулке коромысла определяется измерительным инструментом типа — штангенциркуль, отклонение от номинального диаметра не должен превышать 0,12 мм. Износ бойка коромысла определяется исходя из уменьшения радиуса сферы, а также его деформации.

 

2.9Закономерности проявления износов

 

Закономерность изнашивания рабочих поверхностей коромысла во времени приведена на рис. 2.

 

Рис. 2. Закономерность изнашивания рабочих поверхностей коромысла во времени

I — приработка; II — нормальный износ; III — форсированный износ

 

По оси абсцисс отложено время t работы сопряжения, по оси ординат — износ коромысла. Тангенс угла a определяет скорость изнашивания, τ — время нормальной работы.

На кривой износа обнаруживаются три участка, соответствующие трём стадиям износа. Первая стадия — это начальный износ, наблюдаемый при приработке вкладышей. Зд

Коромысло в двигателе что это

Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременный впуск в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов. Он включает в себя элементы привода, распределительную шестерню, распределительный вал, детали привода клапанов, клапана с пружинами и направляющие втулки.
Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Распредвалы отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Трущиеся поверхности распределительных валов для уменьшения износа подвергнуты закалке при помощи нагрева токами высокой частоты.
Распредвал может располагаться в картере двигателя либо в головке блока цилиндров. Существуют двигатели с двумя распредвалами в головке цилиндров (в многоклапанных ДВС). Один используется для управления впускными клапанами, второй – выпускными. Такая конструкция называется DOHC (Double Overhead Camshaft). Если распредвал один, то такой ГРМ именуется SOHC (Single OverHead Camshaft). Распредвал вращается на цилиндрических шлифованных опорных шейках.

Привод клапанов осуществляется расположенными на распределительном валу кулачками. Количество кулачков зависит от числа клапанов. В разных конструкциях двигателей может быть от двух до пяти клапанов на цилиндр (3 клапана – два впускных, один выпускной; 4 клапана – два впускных, два выпускных; 5 клапанов – три впускных, два выпускных). Форма кулачков определяет моменты открытия и закрытия клапанов, а также высоту их подъема.
Привод распределительного вала от коленчатого вала может осуществляться одним из трех способов: ременной передачей, цепной передачей, а при нижнем расположении распредвала — зубчатыми шестернями. Цепной привод отличается надежностью, но его устройство сложнее и цена выше. Ременной привод существенно проще, но ресурс зубчатого ремня ограничен, а в случае его разрыва могут наступить тяжелые последствия.
При обрыве ремня распредвал останавливается, а коленвал продолжает вращаться. Чем это грозит? В простых двухклапанных моторах, где, как правило, поршень конструктивно не достает до головки открытого клапана, ремонт ограничивается заменой ремня. В современных многоклапанных двигателях при обрыве ремня поршни ударяются о клапана, «зависшие» в открытом состоянии. В результате сгибаются стержни клапанов, а также могут разрушиться направляющие втулки клапанов. В редких случаях разрушается поршень.

Еще тяжелее при обрыве ремня приходится дизелям. Так как камера сгорания у них находится в поршнях, то в ВМТ у клапанов остается очень мало места. Поэтому при зависании открытого клапана разрушаются толкатели, распредвал и его подшипники, велика вероятность деформирования шатунов. А если обрыв ремня произойдет на высоких оборотах, возможно даже повреждение блока цилиндров.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит за два оборота коленвала. За это время должны последовательно открыться впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал должен вращаться в два раза медленнее коленвала, а, следовательно, шестерня распредвала всегда в два раза больше шестерни коленвала. Клапаны в цилиндрах должны открываться и закрываться в зависимости от направления движения и положения поршней в цилиндре. При такте впуска, когда поршень движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан должен быть открыт, а при тактах сжатия, рабочего хода и выпуска – закрыт. Чтобы обеспечить такую зависимость, для правильной установки на шестернях ГРМ делают метки.

Распределительный вал Шестерни распредвала Привод распредвала

Привод клапанов может осуществляться разными способами. При нижнем расположении распредвала, в картере двигателя, усилие от кулачков передается через толкатели, штанги и коромысла. При верхнем расположении возможны три варианта: привод коромыслами, привод рычагами и привод толкателями.
Коромысла (другие названия – роликовый рычаг или рокер) изготавливают из стали. Коромысло устанавливают на полую ось, закрепленную в стойках на головке цилиндров. Одной стороной коромысла упираются в кулачки распредвала, а другой воздействуют на торцевую часть стержня клапана. В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку. От продольного перемещения коромысло удерживается при помощи цилиндрической пружины. Во время работы двигателя в связи с нагревом клапанов их стержни удлиняются, что может привести к неплотной посадке клапана в седло. Поэтому между стержнем клапана и носком коромысла должен быть определенный тепловой зазор.
Во втором варианте распредвал располагается над клапанами, и приводит их в действие посредством рычагов. Кулачки распределительного вала действуют на рычаги, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку головки цилиндров и стопорится контргайкой. Существуют ГРМ, в которых между рычагом и клапаном устанавливается гидрокомпенсатор. Такие механизмы не требуют регулировки зазора.
И, наконец, при третьем варианте привода распределительный вал при вращении воздействует непосредственно на толкатель клапана. Существует три варианта исполнения толкателей – механические (жесткие), гидротолкатели (гидрокомпенсаторы) и роликовые толкатели. Первый тип в современных моторах практически не используется, в связи с большой шумностью работы и необходимостью частой регулировки зазора клапанов. Второй тип наиболее широко применяется, так как не требует настройки и регулировки теплового зазора, а работа отличается мягкостью и гораздо меньшим шумом. Гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Работа гидрокомпенсатора основана на свойстве несжимаемости моторного масла, которое постоянно заполняет его внутреннюю полость и перемещает поршень при появлении зазора в приводе клапана.
Роликовые толкатели чаще всего применяются в спортивных и форсированных двигателях, так как позволяют улучшить динамические характеристики автомобиля за счет снижения трения. В месте контакта с кулачком распредвала у них находится ролик. Поэтому кулачок не трется, а катится по толкателю. Вследствие этого роликовые толкатели выдерживают более высокие нагрузки и обороты, а также позволяют обеспечить более высокий подъем клапанов. Недостатки – большая стоимость и вес, а, значит, и большие нагрузки на детали ГРМ.
Привод клапанов коромыслами Привод клапанов рычагами Типы гидрокомпенсаторов Применение гидрокомпенсаторов
Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов. Клапан состоит из головки и стержня. Головка клапана имеет узкую, скошенную под определенным углом, фаску. Фаска клапана должна плотно прилегать к фаске седла. Для этой цели их взаимно притирают. Головки впускных и выпускных клапанов имеют неодинаковый диаметр. Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше. Клапаны во время работы двигателя нагреваются неодинаково. Выпускные клапаны, контактирующие с отработанными газами, нагреваются больше. Поэтому их изготавливают из жароупорной стали.

Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет выточку для деталей крепления клапанной пружины. Стержень выпускного клапана — полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения. Стержни клапанов помещают в направляющих втулках, изготовленных из чугуна или металлокерамики. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.
Клапан прижимается к седлу при помощи цилиндрической стальной пружины. Кроме того, пружина не дает возможности клапану отрываться от коромысла. Пружина имеет переменный шаг витков, что необходимо для устранения ее вибрации. Другой вариант борьбы с вибрацией — установка двух пружин меньшей жесткости, имеющих противоположную навивку. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой – в упорную тарелку. Упорная тарелка удерживается на стержне клапана при помощи двух конических сухарей, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана. Для уменьшения проникновения масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя на стержни клапанов надеты маслоотражательные колпачки.
Работа гидрокомпенсатора Клапаны и пружины Клапаны и пружины
Фазы газораспределения

В теории открытие и закрытие клапанов должно происходить в моменты прихода поршня в мертвые точки. Однако в связи инерционностью процесса, особенно при больших оборотах коленвала, этого периода времени недостаточно для впуска свежей смеси и выпуска отработанных газов. Поэтому впускной клапан открывается до прихода поршня в в.м.т. в конце такта выпуска, т.е. с опережением в пределах 9-24 градусов поворота коленчатого вала, а закрывается в начале такта сжатия, когда коленвал пройдет положение н.м.т на 51-64 градусов. Таким образом, продолжительность открытия впускного клапана составит 240-270 градусов поворота коленчатого вала, что значительно увеличивает количество поступаемой в цилиндры горючей смеси.
Выпускной клапан открывается за 44-57 градусов до прихода поршня в н.м.т. в конце рабочего хода и закрывается после прихода поршня в в.м.т. такта выпуска на 13-27 градусов. Продолжительность открытия выпускного клапана составляет 240-260 градусов поворота коленчатого вала.
В двигателе бывают моменты (в конце такта выпуска и начале такта впуска) когда оба клапаны открыты. В это время происходит продувка цилиндров свежим зарядом горючей смеси для лучшей их очистки от продуктов сгорания. Этот период носит название перекрытие клапанов.
Моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженных в градусах поворота коленчатого вала, называются фазами газораспределения.

Основные неисправности газораспределительного механизма.

Внешними признаками неисправности ГРМ являются: уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, падение мощности двигателя и металлические стуки.
Уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, а также падение мощности двигателя возможно вследствие плохого прилегания клапанов к седлам. Плохое прилегание клапана к седлу происходит вследствие отложения нагара на клапанах и седлах, образования раковин на рабочих поверхностях, коробления головок клапанов, поломки клапанных пружин, заедания стержня клапана в направляющей втулке, а также отсутствия зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом).
Падение мощности двигателя и резкие металлические стуки могут происходить вследствие неполного открытия клапанов. Эта неисправность возникает из-за большого теплового зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом) или отказа гидрокомпенсаторов.
К неисправностям ГРМ также относят износ шестерен распредвала и коленвала, направляющих втулок клапанов, втулок и осей коромысел, а также увеличенное осевое смещение распредвала.

Детали механизма газораспределения

Толкатели

Усилия от кулачков распределительного вала передается непосредственно клапанам или штангам через толкатели, которые воспринимают боковые нагрузки от кулачков и разгружают детали ГРМ. При работе толкатели клапанов следуют по контуру или профилю кулачков распределительного вала, тем самым обеспечивая преобразование вращения кулачка в возвратно-поступательное движение клапанного механизма.
Боковая поверхность толкателя изнашивается из-за трения в направляющих, а торцевые поверхности – под действием контактных напряжений, создаваемых кулачком распределительного вала и наконечником штанги либо пяткой стержня клапана.

Для обеспечения подвижного контакта со штангой в толкателях выполняется сферическое гнездо радиусом r1 на 0,2…0,3 мм больше радиуса головки штанги r2 (рис. 1, г).

В зависимости от схемы привода применяют толкатели различных конструкций. Наибольшее распространение получили грибковые толкатели с плоской или сферической опорной поверхностью; цилиндрические толкатели со сферической или роликовой опорной поверхностью; рычажные выпуклые или роликовые толкатели.

Для обеспечения равномерного изнашивания опорной поверхности толкателя обеспечивают его вращение вокруг своей оси путем смещения продольной оси толкателя относительно оси симметрии кулачка (рис. 1, б). С этой же целью опорная поверхность толкателя выполняется сферической, а опорная поверхность кулачка – концентрической с углом наклона образующей к оси вала 7’…15′.

Толкатели старых конструкций, в большинстве своем, имеют плоскую или выпуклую контактную поверхность, по которой скользит кулачок. Однако, в ряде конструкций толкателей используется ролик, перекатывающийся по поверхности кулачка (рис. 1, д). Роликовые толкатели используют в двигателях главным образом для снижения потерь на трение в клапанном механизме (эффект от снижения потерь достигает 8%). Снижение затрат на трение увеличивает экономичность двигателей и оправдывает повышение стоимости производства толкателей такой конструкции.

Роликовый цилиндрический толкатель обеспечивает меньшее изнашивание кулачка распределительного вала, чем грибковый или цилиндрический толкатель со сферической опорной поверхностью. Однако изнашивание боковых поверхностей роликового толкателя больше, так как такой толкатель не может вращаться вокруг своей оси, и боковые нагрузки всегда воспринимаются одними и теми же сопрягаемыми поверхностями.

Для предотвращения от поворачивания вокруг оси роликовые толкатели должны быть закреплены с помощью специальных держателей, удерживающих ролики в одной плоскости с кулачками распределительного вала. При поломке держателя роликовый толкатель получает свободу вращения вокруг своей оси, при этом разрушается как сам толкатель, так и распределительный вал.

Рычажные толкатели (рис. 1, ж), установленные на одной общей оси, не имеют направляющих, и, следовательно, трение скольжения в них отсутствует.

Общим недостатком роликовых толкателей является сложность конструкции и большая масса подвижных деталей, которая у рычажно-выпуклого толкателя несколько меньше.

Цилиндрические толкатели устанавливаются в направляющих, которые выполняются обычно в блок-картере.

Наличие зазоров в механизме газораспределения приводит к ударам движущихся деталей и ускорению их изнашивания.
Для устранения этого недостатка могут применяться так называемые гидравлические толкатели (гидрокомпенсаторы) (рис. 1, з), работающие без зазора.
Принцип действия конструкции, показанной на рисунке, заключается в следующем: штанга привода клапана упирается в головку 2 плунжера 3, расположенного внутри корпуса толкателя. Плунжер постоянно прижат пружиной 5 к штанге, а его внутренняя полость сообщается с масляной магистралью, и при открытом пластинчатом клапане 4 давление в ней равно давлению в масляной магистрали, которое создается насосом смазочной системы двигателя.

В начале подъема толкателя давление под плунжером резко увеличивается, что вызывает закрытие клапана 4, и усилие передается на штангу. Такие толкатели требуют для работы только чистое масло с высоким индексом вязкости.

Для изготовления толкателей используются специальные чугуны и стали. В чугунных толкателях опорная поверхность отбеливается, в стальных ее закаливают токами высокой частоты, наплавляют легированным отбеленным чугуном. Боковые и внутренние поверхности толкателей цементируют и закаливают. Ролики в роликовых и качающихся рычажных толкателях выполняются из шарикоподшипниковой стали, а втулки роликов – из бронзы.

При замене распределительного вала толкатели желательно поменять на новые. Если предполагается повторно использовать толкатели, бывшие в употреблении, то, вынимая их из двигателя, нужно обязательно помечать, из каких направляющих они вынимаются и после ремонта устанавливать их в те же направляющие. Такие (бывшие в употреблении) толкатели должны быть тщательно очищены и осмотрены; в случае обнаружения выработки на роликах или (в зависимости от конструкции) вогнутости на поверхности днища — толкатель полежит замене.

Штанги

Штанги передают усилие от толкателей к коромыслам. Штанга должна иметь достаточную жесткость, устойчивость на продольный изгиб, небольшую массу и износоустойчивость рабочих поверхностей.

Для снижения массы стержни штанг чаще всего выполняют трубчатыми. В верхний и нижний концы стержней вставляют наконечники. Как правило, на нижнем наконечнике имеется сферическая головка, а на верхнем – сферическая головка или сферическое гнездо.
Верхний конец штанги, которым она упирается в клапанное коромысло придается сферическая форма, если в клапанном коромысле не предусмотрен регулировочный винт в точке контакта со штангой. Если же винт стоит, то в торце штанги делается лунка под шарообразную головку регулировочного винта, стоящего в клапанном коромысле.

Стержни штанг изготовляют из малоуглеродистой стали или алюминиевого сплава. Опорные поверхности наконечника подвергаются термической обработке и шлифуются. В некоторых двигателях для подачи масла от толкателей к коромыслам в наконечниках имеются осевые каналы.

Поскольку наиболее частой неисправностью штанги является продольный изгиб, при ремонте двигателя все штанги обязательно проверяют на прямолинейность, катая их по плоской поверхности либо вращая вокруг оси в специальном станке.

Коромысла клапанов и ось коромысла

Коромысло служит для передачи усилия от штанги (кулачка при верхнем распределительном вале) к стержню клапана.
В дизельных двигателях встречается, так называемое, форсуночное коромысло, которое служит не только для преобразования движения штанги толкателя в движение стержня клапана, но и для сжатия насос-форсунки. Кроме того, коромысло предназначено для уменьшения хода толкателя при сохранении необходимой высоты подъема клапана или хода сжатия насос-форсунки.

Коромысло представляет собой неравноплечий рычаг (рис. 4, д, е, ж), качающийся вокруг неподвижной оси (ось коромысел). Для уменьшения высоты подъема толкателей и штанг и уменьшения инерционных нагрузок на эти детали, плечи коромысла выполняются неодинаковыми. Передаточное число коромысла (соотношение между плечом стержня клапана и плечом штанги) составляет примерно 1,5:1. В этом случае высота подъема клапана в полтора раза превышает высоту подъема штанги толкателя клапана.
При таком передаточном числе клапанное коромысло получается достаточно компактным, что позволяет сократить габариты двигателя. Это также приводит к снижению скорости относительного скольжения вершины кулачка по торцу толкателя клапана.

Для регулировки теплового зазора в газораспределительном механизме в один конец коромысла, обычно обращенный к штанге, ввертывается регулировочный винт 3 с контргайкой.
В зависимости от типа наконечника штанги головка винта может быть сферической или с внутренней сферической поверхностью. Сферическая часть головки винта закаливается, цементируется и шлифуется. В теле винта высверливаются осевой и радиальный каналы для подвода смазочного материала к трущимся поверхностям штанги и винта от оси коромысла и наоборот, от штанги к втулке оси коромысла. Иногда в длинном плече коромысла выполняют канал для подвода масла к торцу стержня клапан. Носок коромысла, опирающийся на стержень клапана, тоже подвергается термической обработке.

Для уменьшения силы трения, возникающей при воздействии и проскальзывании носка коромысла по стержню клапана, головку клапанов выполняют сферической. Иногда в носок коромысла ввертывают винт 4 (см. рис. 4, е), в сферическое гнездо которого завальцовывают шарик 5 со срезанным сегментом.

Оси коромысла устанавливаются на бронзовых втулках. При установке на общих осях внутренние коромысла удерживаются от продольных перемещений спиральными пружинами, надеваемыми на ось, а коромысла на концах оси – пластинчатыми или пружинными кольцами, плоскими шайбами и шплинтами.

Оси коромысел перемещаются в специальных кронштейнах, которые крепятся к головке блока цилиндров болтами.

Смазка шарниров коромысел, установленных на оси, поступает по маслопроводным каналам, проходящим из блока цилиндров через головку блока цилиндров и полую ось к клапанным коромыслам.

Как правило, коромысла изготавливаются штамповкой из среднеуглеродистых сталей 40Х, 45, 45Л. Иногда для изготовления коромысел используют ковкие чугуны. В некоторых импортных дизельных моторах (Cummins, Komatsu, CAT, Detroit Diesel, Perkins, Deutz) используются кованые коромысла. Такие коромысла отличаются высокой прочностью, но их производство обходится дорого.

В быстроходных двигателях могут применяться облегченные коромысла, которые штампуются из листовой стали. Они качаются на сферической или полусферической опоре, закрепленной на стойке 6 (см. рис. 4, ж), которая запрессована в головку блока цилиндров. Коромысла в виде рычагов приводятся в движение непосредственно от распределительного вала, который воздействует на их плоские (рис. 4, б) либо сферические (рис. 4, в, г) рабочие поверхности.
Рычаги с плоскими рабочими поверхностями устанавливаются на оси, а со сферическими – на опорах и фиксируются на сферической опоре специальной пружиной. Смазываются такие рычаги через отверстие в кулачках распределительного вала. Особенность смазывания облегченного коромысла (рис 4, ж) заключается в том, что масло подводится к рабочим поверхностям коромысла из масляного канала 7 по осевому и радиальному отверстиям в стойке 6.

При осуществлении ремонта двигателя, связанного с демонтажем коромысел, их необходимо тщательно прочищать и осматривать на следы износа и повреждений; при необходимости неисправные коромысла следует заменять на работоспособные.
Если коромысла не имеют следов износа и повреждений, после очистки их можно повторно установить в двигатель.

Рокер (рычаг привода клапана) — конструктивный элемент механизма привода клапанов. Встречается также название роликовый рычаг или коромысло. Задачей рокера становится передача усилия от кулачка распредвала на шток (стержень) клапана при верхнем расположении распредвала. Данное решение в устройстве привода клапанов обеспечивает ГРМ меньшую массу и снижает трение.

Коромысло (рокер клапана) принимает на себя поступательное движение штанги толкателя и передает это движение на шток клапана. Начальное усилие передается от кулачка распределительного вала. Рокеры находятся в верхней части ГБЦ. В центральную часть рокера впрессована ось, положение которой зафиксировано при помощи двух опорных штифтов коромысла. Опорные штифты вставлены в специальные стойки, которые в отдельных вариантах конструкции изготовлены в корпусе головки блока цилиндров.

Коромысло с одной стороны опирается на шток клапана, а с другой может опираться на гидрокомпенсатор. Некоторые конструкции механизма привода клапанов предусматривают то, что рокер опирается на специальную шаровую опору. Место контакта рокера и кулачка распределительного выполняется в виде ролика.

Коромысла клапанов в современных двигателях постепенно исключаются из устройства ГРМ благодаря активному применению конструкции с верхним расположением распределительного вала. Главной целью использования рокеров сегодня становится задача по уменьшению габаритов мотора. Это может быть необходимо для размещения ДВС в подкапотном пространстве малогабаритного автомобиля.

Рокер является рычагом, который имеет два «плеча» (двухплечевой рычаг). Коромысло клапана изготавливают при помощи формовки стали, методом литья или ковки. Последний вариант является более предпочтительным, так как кованые элементы имеют повышенную прочность. Кованые рокеры устанавливаются на мощные силовые агрегаты.

Гидрокомпенсатор (гидротолкатель) представляет собой цилиндр, который имеет в основе поршень с пружиной, обратный клапан и специальные каналы для реализации подвода моторного масла из системы смазки ДВС. Если гидравлический компенсатор расположен на толкателе клапана, такое устройство называется гидравлический толкатель (гидротолкатель).

Дополнительно в коротком плече имеется отверстие, которое обеспечивает доступ моторному маслу для смазки элементов. Для предотвращения перемещения рокера по оси коромысло удерживается при помощи спиральной пружины. Коромысло работает по следующему принципу, когда кулачок распредвала оказывает усилие на короткое плечо рокера, тем самым происходит подъем. Длинное плечо опускается вниз, осуществляя нажатие на шток клапана. Дополнительными элементами в конструкции рокера являются втулки для снижения трения.

В процессе работы боек рокера, подшипники и само коромысло подвержены механическим и тепловым нагрузкам, что приводит к износу и повреждениям. Коромысло может разламываться, что означает прекращение работы клапана. Если рокер сломался, тогда неисправность проявляется в виде характерного стука в ГБЦ и снижения отдачи от ДВС на различных режимах работы.

Назначение газораспределительного механизма. Составные элементы ГРМ на четырехтактном поршневом двигателе, отличительные особенности конструкции механизма.

Для чего необходимо регулировать тепловой зазор клапанов, ручная и автоматическая подстройка. Особенности эксплуатации двигателя с гидрокомпенсаторами.

Для чего и когда нужно регулировать клапана. Самостоятельная регулировка зазоров клапанного механизма при помощи щупа и регулировочных шайб. Рекомендации.

Назначение клапана ГРМ. Впускной и выпускной клапаны, устройство и особенности детали. Схемы компоновки и привод клапанов двигателя внутреннего сгорания.

Назначение гидрокомпенсатора. Виды, устройство гидрокомпенсаторов, принципы работы и основные неисправности.

Что такое рассухариватель клапанов и для чего он нужен. Существующие готовые разновидности специнструмента. Как сделать рассухариватель клапанов самому.

6.Коромысло

Особенностью конструкции коромысел и деталей их крепления является то, что коромысла устанавливаются на индивидуальные оси. Коромысла и все детали их крепления унифицированы. Коромысла клапанов кованые, изготовлены из стали 45. Соотношение длин плеч коромысел 1:1,79 является особенностью привода с роликовыми толкателями. На коротком плече коромысла имеется резьбовое отверстие с резьбой 1М12 х 1 для установки регулировочного винта.

Конец длинного плеча коромысла обработан под цилиндрическую площадку, поверхность которой закалена токами высокой частоты на глубину 2-5 мм и отшлифована; через эту площадку при работе двигателя передаются усилия на торец клапана. Ширина площадки 14 мм, радиус цилиндрической поверхности 15 мм.

Смещение линий касания цилиндрической поверхности коромысла с оси торца клапана обеспечивает равномерное распределение максимальных нагрузок на втулки клапана.

Подшипниками коромысла служат две втулки из бронзовой ленты ОЦС 4-4-2,5, запрессованные в отверстие коромысла и обработанные после запрессовки до диаметра 25 мм.

Кольцевое пространство между втулками специальным каналом соединяется с резьбовым отверстием под регулировочный винт и служит для подачи смазки к подшипникам коромысла.

Регулировочный винт коромысла изготовлен из стали 40 и подвергнут закалке и отпуску до твердости НЯС 207-241.

На нижнем конце винта выполнено сферическое гнездо с радиусом сферы 6 мм, внутренняя поверхность которого закалена токами высокой частоты на глубину 1,5-2,0 мм до твердости НЯС не менее 48.

Второй конец винта выступает над плоскостью коромысла, имеет прорезь под отвертку и резьбу для навертывания контргайки. Прорезь необходима для регулировки зазора между коромыслом и торцом стержня клапана. Через масляные каналы регулировочного винта смазка подается к подшипникам коромысел клапанов.

Каждое коромысло установлено на отдельной оси, крепящейся к плоскости головки одним болтом с резьбой М16. Положение оси коромысла фиксируется двумя штифтами, запрессованными в тело стойки оси. Стойка выполнена как одно целое с осью коромысла. Диаметр оси равен 25 мм. Мате­риал оси — сталь 45; поверхность оси закалена с нагревом токами высокой частоты на глубину 1,5-2,0 мм до твердости НЯС 53- 55. Осевой зазор коромысел ограничивается стопорными коль­цами, установленными в канавки на концах осей коромысел. Для снижения трения между стопорным кольцом и торцом коромысла установлены каленые шлифованные шайбы

7.Клапан

Клапаны верхние, расположены в головке цилиндров наклонно к осям цилиндров, приводятся в движение от распределительного вала при помощи штанг, толкателей и коромысел. Клапаны изготовлены из жаростойкой стали, стержни клапа­нов хромируются. Стержень выпускного клапана имеет канал, наполненный натриевым охладителем, а для повышения износостойкости рабочая фаска имеет наплавку из жаростойкого сплава. Отверстие в клапане закрыто заглушкой, которая обеспечи­вает герметичность. Заглушка в гнезде должна сидеть прочно.

Механизм вращения клапана. Для поддержания в рабочем состоянии контактных поверхностей уплотнительных фасок выпускных клапанов иногда применяют специальные устройства, позволяющие принудительно поворачивать клапаны в процессе работы.

Механизм вращения клапана состоит из неподвижного корпуса, в наклонных канавках которого расположены пять шариков с возвратными пружинами, дисковой пружины и опорной шайбы с замочным кольцом. Механизм вращения клапана устанавливается в расточке, сделанной в головке блока цилиндров иол опорной шайбой клапанной пружины. При закрытом клапане давление на дисковую пружину невелико, и она вогнута наружным краем вверх, а внутренним краем опирается в заплечик корпуса. Шарики отжаты пружинами в исходное положение. В момент открытия клапана усилие со стороны клапанной пружины возрастает, под действием чего дисковая пружина, выпрямляясь, перелает усилие на шарики и вызывает их перемещение в углубление. Когда клапан закрывается, сила, действующая на дисковую пружину, уменьшается, и она, выгибаясь, освобождает шарики. Шарики под действием возвратных пружин перемешаются в исходное положение, что приводит к повороту клапана на некоторый угол (клапаны совершают 20—40 оборотов в минуту).

В некоторых двигателях применяют менее эффективное, но более простое устройство, основанное на использовании способа крепления клапанной пружины на стержне клапана. Крепление пружины на клапане состоит из опорной тарелки, втулки и двух сухарей.

Для повышения долговечности рабочей фаски выпускной клапан имеет механизм принудительного вращения. Механизм состоит: из неподвижного корпуса , пяти шариков и пяти возвратных пружин , находящихся в углублениях корпуса, конической дисковой пружины, упорной шайбы 6, воспринимающей усилие клапанной пружины, а также замочного кольца .

Упорная шайба и дисковая пружина с зазором свободно надеты на корпус 4У который расположен в специальном гнезде головки цилиндров. При закрытом клапане усилие пружины через упорную шайбу 6 передается на наружную кромку дисковой пружины которая в этот момент своей внутренней кромкой опирается на заплечик корпуса . Во время открытия клапана, под действием сжимающейся клапанной пружины, коническая дисковая пружина начинает распрямляться и повора­чиваться вокруг шариков, нажимая на них. С этого момента усилие пружины клапана начинает передаваться на шарики у которые, перекатываясь по наклонной поверхности углублений корпуса , поворачивают вокруг оси коническую дисковую пружину и упорную шайбу , а вместе с ними клапанную пружину и клапан.

При закрытии клапана усилие клапанной пружины уменьшается, а прогиб дисковой пружины возрастает и, приходя в свое первоначальное положение, она прекращает нажимать на шарики. В этот момент шарики 5 освобождаются и под действием пру­жины 12 возвращаются в исходное положение, подготавливая механизм к следующему шагу поворота. При повреждении механизма вращения его следует заменить.

Тарелка пружины клапана крепится при помощи двух сухарей , надетых на стержень клапана, и в сборе держит пружину и клапан на головке цилиндров.

В процессе эксплуатации двигателя и в результате вредного воздействия горячих газов, коррозии, ударных нагрузок, а также отложения смолистых веществ на рабочей фаске нарушается герметичность клапанов. Нарушение герметичности клапанов при правильных зазорах между стержнями и коромыслами (0,25—0,30 мм в холодном состоянии), а также при исправной работе карбюратора и приборов зажигания обнаруживается по характерным хлопкам из глушителя и карбюратора (двигатель работает с перебоями. не развивает полной мощности).

Устройство деталей газораспределительного механизма | Устройство автомобиля

 

Какое назначение распределительного вала и как он устроен?

Распределительный вал (рис.21, а) служит для открытия клапанов 9 в соответствии с рабочим циклом двигателя. Изготовляется он из стали или специального чугуна. Опорные шейки и кулачки стальных валов закаляются токами высокой частоты; чугунные отбеливаются, что повышает их износостойкость.

Рис.21. Распределительный вал с шестерней привода:
а – ЗИЛ-130; б – ГАЗ-53А.

На распределительном валу выполняются кулачки 6 и опорные шейки 4 с разным диаметром, что необходимо для установки вала на неразъемных подшипниках 8, которые запрессовываются в картер двигателя. На валу также выполнены винтовая шестерня 10 для привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, эксцентрик 5 для привода топливного насоса. В передней части вала с помощью шпонки 7 и болта 13 с шайбой 14 жестко крепится косозубная шестерня 1, изготавливаемая из текстолита (двигатели автомобилей ГАЗ), чугуна (ЗИЛ), стали (КамАЗ). Эта шестерня находится в постоянном зацеплении с шестерней коленчатого вала (см. рис.16).

Так как в четырехтактных двигателях рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала, то за это время впускной и выпускной клапаны должны открыться по одному разу. Следовательно, распределительный вал должен повернуться на один оборот, то есть вращаться в два раза медленнее коленчатого вала. Поэтому шестерня распределительного вала имеет в два раза больше зубьев, чем шестерня коленчатого вала, что и обеспечивает передаточное отношение между ними 2:1. На обе шестерни наносят метки для установки фаз газораспределения (рис. 22).

Рис.22. Установочные метки на распределительных шестернях.

Между шестерней и валом устанавливают стальное распорное кольцо 3 (см. рис.21) и фланец 2, устраняющие осевое смещение распределительного вала, появляющееся из-за косых зубьев распределительных шестерен. Кулачкам при шлифовании придают небольшую конусность, что в сочетании со сферической поверхностью торца толкателя обеспечивает поворот толкателя при работе двигателя и уменьшает их износ.

Какие особенности устройства распределительного вала автомобиля ГАЗ-53А?

К особенностям устройства распределительного вала двигателя автомобиля ГАЗ-53А (см. рис.21, б) относится установка дополнительного выносного балансира 16, уравновешивающего силы инерции, вызванные наличием эксцентрика 15 привода топливного насоса. Эксцентрик и балансир крепятся болтом 13 с шайбой 14 совместно с шестерней привода распределительного вала.

Что устанавливается на переднем торце распределительного вала?

На переднем торце распределительного вала двигателей автомобилей ГАЗ-53А и ЗИЛ-130 устанавливается устройство для привода ротора пневмоцентробежного регулятора частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Какое назначение толкателей, как они устроены?

Толкатели 12 (см. рис.21, а) служат для передачи усилия от кулачков распределительного вала к клапанам (при нижнем их расположении) или на штангу 11 и коромысло 17 (при нижнем расположении распределительного вала и верхнем расположении клапанов).

В двигателях с нижним расположением клапанов толкатель (рис.23, а) состоит из стержня 2, изготовленного вместе с опорной тарелкой 1, которой он опирается на кулачок. В верхнюю часть стержня ввернут регулировочный болт 5 с контргайкой 4. Кроме того, на стержне выполнены лыски 3 для удержания толкателя от вращения при регулировке зазора между стержнем клапана и толкателем.

В двигателях с верхним расположением клапанов толкатель (рис.23. б) обычно представляет собой металлический стакан, опирающийся днищем на кулачок распределительного вала. Толкатели перемещаются в направляющих, выполненных в стенках картера двигателя.

Рис.23. Толкатели и штанга:
а – ГАЗ-52; б – ГАЗ-53, ЗИЛ-130; в – штанга ГАЗ-24, ГАЗ-53, ЗИЛ-130.

Какое назначение штанг и как они устроены?

Штанги (рис.23, в) передают усилия от толкателей на коромысла. Изготавливают из стальных или дюралюминиевых трубок со сферическими стальными наконечниками. Штанга нижним концом опирается на толкатель, а верхним – в сферическую выемку головки регулировочного винта коромысла.

Какое назначение коромысла и как оно устроено?

Коромысло 17 (см. рис.21, а) передает усилие от штанги на стержень клапана. Изготавливают в виде двуплечего рычага, свободно установленного на пустотелую ось, жестко закрепленную на головке блока цилиндров с помощью стоек. Короткое плечо коромысла через регулировочный болт упирается в штангу, длинное – в стержень клапана. Разная длина плеч коромысла позволяет получить небольшую высоту хода толкателя и штанги и обеспечивает их бесшумную работу при повышенном сроке службы.

Коромысла изготавливают из стали или чугуна. Для уменьшения трения между осью и коромыслом в последнее запрессовывают бронзовые втулки. Для удержания коромысел на оси в заданном положении между ними установлены дистанционные втулки и распорные пружины.

Какое назначение клапанов и как они устроены?

Клапан открывает отверстие для впуска горючей смеси или воздуха в цилиндр двигателя или отверстие для выпуска, отработавших газов из цилиндра. Состоит он (рис.24, а) из тарелки 1 и стержня 3 с кольцевой выточкой 7. Тарелка клапана имеет рабочую фаску 11, выполненную под углом 45° или 30°. Этой фаской клапан плотно садится в гнездо 2 с такой же фаской. Рабочие фаски клапана тщательно притирают с тем, чтобы обеспечить герметичность посадки в гнезде. Притирку производят притирочной пастой ГОИ или иной специальной пастой. Для притирки клапана на его тарелке выполняется канавка для установки притирочного инструмента.

Рис.24. Клапан с пружиной и устройством для его проворачивания:
а – ГАЗ-53А; б – ЗИЛ-130.

Тарелку и гнездо выпускного клапана изготавливают из жаропрочного материала, впускного – из хромистой стали. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью или воздухом на большинстве двигателей тарелки впускных клапанов имеют больший диаметр, чем выпускных.

Клапан удерживается в закрытом положении пружиной 8 с переменным шагом, которая одним концом упирается в упорную шайбу 12 или тело блока, а другим закрепляется на стержне клапана с помощью сухариков 9. Они буртиками входят в кольцевую выточку 7 на стержне клапана. Сухарики наружной конической поверхностью устанавливают во втулку 10 с внутренней конической поверхностью, втулку 10 – в опорную шайбу 11, в которую упирается пружина 8.

На двигателях автомобилей КамАЗ и некоторых других устанавливают по две пружины с противоположным направлением витков с тем, чтобы предотвратить вибрацию клапана. На стержень впускного клапана одевают резиновый колпачок 6, предотвращающий попадание масла в камеру сгорания. На двигателях ЗИЛ-130 и некоторых других верхняя часть стержня выпускного клапана выполняется пустотелой и заполняется натрием, который при нагревании плавится и эффективно охлаждает клапан путем переноса теплоты от головки к стержню и далее через направляющую втулку 4 к головке или блоку цилиндров. Направляющая втулка клапана удерживается в головке блока замочным кольцом 5.

Как устроено приспособление для проворачивания клапана?

С целью уменьшения подгорания посадочных фасок выпускных клапанов в некоторых двигателях устанавливают специальные приспособления для проворачивания клапана вокруг своей оси. В двигателе автомобиля ЗИЛ-130 это устройство (рис.24. б) состоит из корпуса 14, в наклонных канавках 20 которого установлены пять шариков 15 с возвратными пружинами 16. Над шариками находится дисковая пружина 17, опорная шайба 18 и замочное кольцо 19. Корпус устанавливают на направляющей втулке клапана. На опорную шайбу опирается рабочая пружина 8.

При закрытом клапане давление рабочей пружины невелико, дисковая пружина 17 не опирается на шарики и они под воздействием возвратных пружин 16 отжаты в крайнее положение.

Когда клапан открывается, рабочая пружина сжимается и давление на дисковую пружину 17 увеличивается. Она, прогибаясь, воздействует на шарики, которые под нагрузкой перемешаются в углубление канавок 20, вызывая поворот дисковой пружины и опорной шайбы 18, а вместе с ней и всего клапана с пружиной.

При закрытии клапана усилие его пружины уменьшается, дисковая пружина 17 возвращается в исходное положение, шарики освобождаются и под давлением пружин 16 закатываются в первоначальное положение.

На двигателях автомобилей ГАЗ-53А и других клапан проворачивается за счет установки промежуточной конической втулки между сухариками и упорной шайбой. Это происходит потому, что конические поверхности сухариков и втулки не совпадают по всей площади. В таблице 4 приведены краткие сведения о параметрах двигателей автомобилей ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, КамАЗ-5320.

4. Краткие сведения о двигателях

Наименование

Двигатели автомобилей

ГАЗ-24
«Волга»

ГАЗ-53А

ЗИЛ-130

КамАЗ-5320

Тип двигателя

Рядный
карбюраторный

V-образный
карбюраторный

V-образный
дизельный

Количество цилиндров

4

8

8

8

Максимальная мощность, кВт

70

85

110

154

Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности об/мин

4500

3200

3200

2600

Максимальный крутящий момент, Н·м

186

284

401

637

Частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, об/мин

2200—2400

2000—2200

1800—2000

1400—1700

Диаметр цилиндра, мм

92

92

100

120

Ход поршня, мм

92

80

95

120

Литраж двигателя, л

2,445

4,25

6,00

10,85

Степень сжатия

8,2

6,7

6,5

17

Порядок работы цилиндров

1-2-4-3

1-5-4-2-6-3-7-8

Масса двигателя с оборудованием и сцеплением, кг

179

256

500

830

***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Газораспределительный механизм»

газораспределительный механизм, клапан, коромысло, распределительный вал, штанга

Смотрите также:

Толкатель, штанга, коромысло и клапан

Категория:

   1Отечественные автомобили

Публикация:

   Толкатель, штанга, коромысло и клапан

Читать далее:



Толкатель, штанга, коромысло и клапан

Толкатели предназначены для передачи усилия от кулачков распределительного вала к штангам. Изготовляют их из стали или чугуна. Они бывают грибовидными, цилиндрическими и роликовыми (двигатели ЯМЭ-236, ЯМЭ-238).

Цилиндрические толкатели имеют сферические углубления для установки штанг. Перемещаются они в направляющих, выполненных в блоке цилиндров. Стальные толкатели имеют наплавленную чугунную пятку, соприкасающуюся с кулачком.

Штанги передают усилие от толкателей к коромыслам. Их изготовляют полыми из стали (ЗИЛ-130) или дюралюминия (ЗМЗ-24, 3M3-53) со стальными сферообразными наконечниками. Последними штанга упирается с одной стороны в толкатель, с другой — в сферическую поверхность регулировочного винта, ввернутого в коромысло.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Коромысло передает усилие от штанги к клапану. Изготовляют коромысла из стали или чугуна («Москвич-412»). Плечи коромысла обычно неодинаковы — плечо со стороны клапана длиннее. Этим уменьшается высота подъема толкателя и штанги.

Коромысла устанавливают на общую ось, укрепленную на головке цилиндров с помощью стоек. Ось коромысел полая, коромысла качаются на бронзовых втулках.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапан состоит из тарельчатой плоской головки и стержня. Диаметр головки впускного клапана делают больше, чем выпускного. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали, выпускные клапаны (или их головки) -— из жаростойкой стали. Вставные седла клапанов, запрессовываемые в головку или блок цилиндров, изготовляют из жаростойкого чугуна. На рабочую поверхность головки выпускных клапанов двигателя иногда наплавляют жаростойкий сплав, а стержень клапана выполняют полым.

Для лучшего охлаждения внутреннюю полость выпускных клапанов заполняют металлическим натрием, который имеет высокую теплопроводность и темпера

туру плавления 98°С. При движении клапана расплавленный натрий, перемещаясь внутри стержня, переносит тепло от головки к стержню, которое затем передается направляющей втулке.

Рабочая поверхность головки клапана (фаска) обычно имеет угол 45°, только у впускных клапанов двигателя ЗИЛ-130 этот угол равен 30°. Фаску головки клапана тщательно обрабатывают и притирают к седлу.

Стержень клапана имеет выточку, в которую вставляют сухарики для крепления упорной шайбы 6 пружины клапана. Стержни клапанов перемещаются в направляющих втулках — чугунных или металлокерамиче-ских (ЗМЗ-24, 3M3-53, ЯМЗ-740).

Клапан прижимается к седлу одной или двумя («Москвич-412», ЯМЗ-740) пружинами. При двух пружинах направление их витков должно быть различным, чтобы при поломке одной из них ее витки не могли попасть между витками другой.

Выпускные клапаны двигателей ЗИЛ при работе принудительно поворачиваются, что предотвращает их заедание и обгорание. Механизм поворота состоит из неподвижного корпуса, пяти шариков с возвратными пружинами, дисковой пружины и опорной шайбы с замочным кольцом. Корпус устанавливается на направляющей втулке клапана в углублении головки цилиндров и имеет секторные пазы для шариков. Опорная шайба и дисковая пружина с зазором надеты на выступ корпуса. При закрытом клапане, когда усилие его пружины невелико, дисковая пружина выгнута наружной кромкой кверху, а внутренней кромкой опирается на заплечик корпуса. Когда открывается клапан, усилие его пружины увеличивается, дисковая пружина распрямляется и ложится на шарики (рис. 1, в). Усилие пружины передается на шарики, и они, перекатываясь по секторным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину и опорную шайбу, а следовательно, пружину клапана и клапан.

При закрытии клапана усилие его пружины уменьшается, дисковая пружина прогибается и упирается в заплечик корпуса, освобождая шарики, которые под действием пружин возвращаются в исходное положение.

Для обеспечения плотного закрытия клапана между его стержнем и носком коромысла (верхнее расположение клапанов) или толкателем (нижнее расположение клапанов) должен быть зазор.

Рис. 1. Выпускной клапан (ЗИЛ-130) и механизм его поворота: а— выпускной клапан, б — клапан закрыт, в — клапан открыт; 1 — корпус механизма поворота, 2 — шарики, 3 — опорная шайба, 4—замочное кольцо, 5 — пружина клапана, 6 — упорная шайба пружины, 7 — сухарики, 8 — дисковая пружина, 9 — возвратная пружина, 10 — направляющая втулка, 11 — металлический натрий

При малом зазоре и нагреве двигателя могут произойти неплотная посадка клапана на седло, утечка газов и обгорание рабочей поверхности головки клапана, при увеличенном зазоре — неполное открытие клапанов, ухудшение наполнения и очистки цилиндров, повышение ударной нагрузки на сопряженные детали клапанного механизма, приводящие к их ускоренному износу.

Для холодных двигателей 3M3-53 и ЗИЛ-130 зазор между стержнем клапана и носком коромысла составляет 0,25—-0,30 мм, для ЗМЗ-24 — 0,35—0,40 мм (для первого и восьмого клапанов 0,30—0,35 мм), для двигателя ЯМЗ-740 — 0,15—0,20 мм для впускного и 0,20—0,25 мм для выпускного клапанов.

Толкатель служит для передачи движения от кулачка распределительного вала к клапану или штанге.

Толкатели изготовляют из стали или чугуна; рабочую поверхность их закаливают и шлифуют.

Износ получается меньше, когда толкатели чугунные, а вал стальной. Если толкатель и вал стальные, то на тарелку толкателя наплавляют отбеленный чугун.

На рис. 2 изображены толкатели различных типов.

Тарельчатые толкатели получили широкое распространение; они просты по устройству и имеют малую массу (двигатель ГАЗ-51А). Кольцевая канавка на наружной поверхности толкателя служит для смазки. В толкатель ввернут регулировочный болт с контргайкой.

На двигателях М-21, ГАЗ-53А, ЗИЛ-130 и др. применяют цилиндрические толкатели, которые изготовляют из стали. Рабочую поверхность толкателя, соприкасающуюся с кулачком распределительного вала, наплавляют отбеленным чугуном и обрабатывают по сфере. В толкателе есть отверстие для слива масла. Рабочая поверхность толкателя изнашивается более равномерно, если он может поворачиваться при набегании кулачка. Вращение толкателя достигается путем смещения его оси относительно оси кулачка на 1,5—3,0 мм или тем, что рабочую поверхность толкателя делают сферической, а кулачок распределительного вала — с небольшой конусностью.

В двигателях М-21, ГАЗ-53А, ЗИЛ-130 и др. толкатели устанавливаются в отверстиях, выполненных в специальных приливах блока цилиндров или в нижней стенке клапанной коробки.

В двигателях ЯАЗ-М204 и ЯАЗ-М206 используются роликовые толкатели, имеющие на нижнем конце вилку. В отверстиях вилки укреплена ось, на которой на игольчатом подшипнике вращается ролик. Ролик катится по кулачку распределительного вала, и таким образом трение скольжения заменяется трением качения.

Для уменьшения массы корпус толкателя делают пустотелым. Внутри толкателя имеется сферическое гнездо для нижнего конца штанги. Толкатели находятся в чугунных направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндров.

Дизель ЯМЗ-236 имеет подвесные толкатели, свободно установленные на разрезной оси, расположенной в четырех опорах над распределительным валом.

В ступицу толкателя запрессованы латунные втулки. Ось ролика вращается на игольчатых подшипниках, расположенных в вилке толкателя. Сверху в толкатель запрессована стальная пята со сферической поверхностью, на которую опирается пустотелая штанга, передающая движение коромыслу.

Когда клапан закрыто между концом его стержня и регулировочным болтом толкателя (нижнеклапанный механизм) или между концом стержня и концом коромысла (верхнеклапанный механизм) есть определенный

тепловой зазор. Для регулировки зазора имеется специальное приспособление на толкателе или коромысле.

Если этот зазор меньше требуемого, то во время работы двигателя клапан сильно нагревается, длина его стержня увеличивается и клапан неплотно садится на свое седло. Между фаской клапана и седлом образуется щель, так как стержень клапана упирается в коромысло или в регулировочный болт толкателя. При такте сжатия и рабочем ходе часть смеси или отработавших газов будет выходить через эту щель из цилиндра, что приводит к перегреву клапана и обгоранию его фаски, вследствие чего уменьшается компрессия и, следовательно, мощность двигателя. При слишком большом зазоре возникает стук клапана и ухудшается наполнение циливдра горючей смесью пли воздухом. Мощность двигателя в этом случае также уменьшается. При большом или малом тепловом зазоре изменяется момент открытия и закрытия клапанов.

Рис. 2. Типы толкателей:
а — тарельчатый с плоской опорной поверхностью; б — цилиндрический или поршневой; в — тарельчатый со сферической опорной поверхностью; 1 — направляющая втулка; 2 — толкатель; 3 — распределительный вал; 4 — кулачок

Рис. 3. Роликовые толкатели:
а — дизеля ЯАЗ-М204; б — дизеля ЯМЗ-236; 1 — толкатель; 2 — пята; 3 — ролик; 4 — игольчатый подшипник; 5 — ось ролика; 6 — втулка; 7 — вилка толкателя

Для нормальной работы двигателя необходимо установить соответствующие зазоры (между стержнем клапана и коромыслом) при помощи регулировочного винта, ввернутого в короткое плечо коромысла. При нижнем расположении клапанов тепловой зазор регулируют при помощи болта, ввернутого в толкатель. Величина зазора для впускных клапанов находится в пределах 0,2—0,3 мм, а для выпускных — в пределах 0,3— 0,4 мм.

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к клапану (двигатели М-21, Г A3-53 А, ЗИЛ-130, ЯМЗ-236) или к насос-форсунке (дизель ЯАЗ). Коромысло представляет собой стальной неравноплечий рычаг: длинное плечо расположено над клапаном, а короткое — над штангой. В коротком плече просверлено отверстие и ввернут регулировочный винт. При работе двигателя штанга нажимает на короткое плечо коромысла, а длинное его плечо — на стержень клапана. Поверхность конца коромысла, соприкасающаяся со стержнем клапана, так же как и поверхность регулировочного винта, соприкасающаяся с наконечником штанги, термически обрабатывают и шлифуют. От самоотвертывания винт удерживают контргайкой.

В коромысле просверлены каналы, по которым масло поступает к регулировочному винту и наконечнику штанги. В отверстие ступицы коромысла запрессовывают бронзовую втулку (двигатели М-21, ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, ЯАЗ) с кольцевой канавкой на внутренней поверхности для распределения масла и подачи его к регулировочному винту.

Коромысла крепятся на оси, установленной на стойках. Шпильки крепления оси проходят через отверстия в стойках и оси. От продольного смещения по оси коромысла удерживаются распорными нру-жинами, прижимающими их к стойкам, и стопорными кольцами. Под каждым коромыслом на оси имеется отверстие для подвода масла к его ступице. Ось коромысел пустотелая и внутренняя полость ее используется как канал для подачи масла к трущимся поверхностям. Для предотвращения вытекания масла из оси наружные концы ее закрыты заглушками. Для повышения износостойкости рабочую поверхность оси подвергают термической обработке.

Рис. 4. Штанги и коромысла:
а — двигателя М-21; б — дизеля ЯАЗ-М204; 1 — регулировочный винт; 2 — контргайка; 3 — коромысло; 4 — штанга; 5 — втулка; в — палец

Рис. 5. Ось коромысел:
1 — коромысло; 2 — распорная пружина; 3 — ось коромысел; 4 — стойка

Рекламные предложения:


Читать далее: Порядок работы цилиндров двигателя

Категория: — 1Отечественные автомобили

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Боевые коромысла

Термин «требучет» фигурирует и в ряде компьютерных игр. У русскоязычных читателей (геймеров тем более) он вызывает смех именно своим «бухгалтерским» звучанием. Между тем это — классическая ошибка переводчиков. Озвучиваться слово должно согласно не английским, а французским нормам. То есть — требюше.

Вот так вылетает ядро из пращи фрондиболы!

Также часто используется термин «блида», «бриколь», «мангонель» (хотя именно это название в целом закрепилось за другим классом метательных машин, о которых речь в следующей статье!), «ангон», в Китае — «вихревой камнемет» (собственно китайское звучание воспроизвести здесь даже не пытаемся!)… В научной же литературе данный класс метательных машин в основном именуется «фрондибола» — так что перейдем к этому названию и мы. Однако напоследок — еще немного филологии.

 

«Требюше» в переводе означает… «коромысло». Это у нас оно дугообразно — в Европе же основой этого оружия, то есть орудия (не метательного!) служит, как правило, прямой шест, на концах которого оборудованы «зацепы» для ведер. Словом, равноплечий рычаг с одинаковыми грузами на обоих концах и точкой опоры ровно посередине; всего точек приложения силы получается ровным счетом три, так что французское название — лишь наследник латинского «треугольника»-трибукум*.

Требюше XIV века: изготовка к выстрелу. Пропорции отдельных частей на этой миниатюре несколько нарушены — но принцип ясен

Вот таков же и принцип устройства фрондиболы, только система грузов у нее не уравновешена, точка опоры сдвинута, и рычаг, соответственно, получается не равноплечий. На одном, более коротком плече шарнирно подвешивается тяжелейший груз: обычно громадный ящик, заполненный камнями или землей (есть и другие варианты, но один многотонный камень — вряд ли!). А второе плечо представляет собой длинный «шест», снабженный пращой (не корзиной!), в которую закладывается снаряд. Если продолжить водоносную ассоциацию, то машина действует по принципу колодезного журавля. При помощи системы воротов, или, в легких вариантах, просто вручную, длинное плечо опускают до земли, заряжают пращу — и отпускают… На верхней части траектории свободно закрепленный конец пращи соскакивает с зацепа, после чего снаряд летит по крутой дуге, в цель или мимо — это уж как повезет!

 

 

Вместо груза к короткому плечу иногда подводили веревки, за которые брались люди. В Европе на «человеческом факторе» работали обычно легкие фрондиболы: число обслуги колебалось от нескольких человек до нескольких десятков. Зато в Китае человеческая тяга использовалась, наоборот, для обслуживания самых тяжелых машин: тросов — десятки, людей — тысячи…

 

(На раннем этапе бывали и промежуточные варианты: несколько тягловых веревок — и компактный груз-противовес. А на позднем этапе иногда старались этот противовес модернизировать. В «полусредней» весовой категории это сводилось к утяжелению короткого плеча требюше, которое обшивали мешками с песком. Если же говорить о «сверхтяжелой» категории, то там вместо одного противовеса могли появиться два, опускающиеся не между опорами станка, а снаружи, по сторонам от него. Впрочем, эти конструкции относятся к последнему веку существования фрондибол — и не совсем ясно, до какой степени они были воплощены на практике и опробованы в боях.)

Элемент «биологического оружия»: дохлая лошадь в подарок осажденным!

Легкая фрондибола не больше того же колодезного журавля, и даже стреляет она довольно далеко, хотя и не так, как мощный лук. Но снаряды ее — именно что из числа легких. Небольшое ядро или голову перехваченного лазутчика в осажденную крепость забросить получится, вести тревожащий огонь по живой силе — тем более (меткость фрондиболы недостаточна, чтобы прицельно бить по отдельно взятому человеку, но ведь можно обстреливать, например, пролом в стене, где суетится ремонтная бригада). Однако чтобы этот пролом сделать, требуются «коромысла» иной мощности и габаритов.

 

Длина их рабочей части составляет порой 15–20 м, если не более, и это еще не считая пращи! Вес груза — примерно столько же тонн.

 

А вес снаряда? И вообще, что это были за снаряды?

 

Разные, в зависимости от назначения. Хорошо обработанные каменные ядра весом в несколько десятков килограмм — для дальней стрельбы, позволяющей разрушать бревенчатые укрепления или, скажем, неукрепленные постройки внутри крепости, по ту сторону стены. Если же требовалось разрушать саму стену, то в ход шли огромные глыбы весом в несколько центнеров. Их даже тяжелая фрондибола могла послать не дальше, чем на 200–300 м!

 

Максимальный вес такой глыбы — не центнеры, а тонны. Полторы, даже две. Но дистанция броска в таком случае измеряется десятками метров; ну, может, до сотни дотянет. Так что тут уже приходится действовать совсем близко к вражеской стене — следовательно, и осадные сооружения, прикрывающие фрондиболу, тоже надо подвести почти вплотную. А это возможно только при правильной осаде…

 

 

Впрочем, как уже говорилось, и «нормальные» фрондиболы действуют на расстоянии, не спасающем от лучного или арбалетного обстрела. Будем справедливы: и катапульты с баллистами от этого тоже не застрахованы. Так что орудийную обслугу, а в случае нужды и сами машины, всегда следовало либо располагать за бруствером, на «закрытой» позиции, либо прикрывать, допустим, развешенными на столбах плетеными матами или войлочными «коврами». Эффект свободно висящей ткани хорошо гасит энергию и стрелы, и даже ядра легкой фрондиболы. При попадании снаряда ТЯЖЕЛОЙ фрондиболы, конечно, возникнут проблемы…

 

Именно из тяжелых фрондибол в осажденный город забрасывали, например, туши павших лошадей, рассчитывая вызвать эпидемию. Поэтому, когда космические крестоносцы зарядили свой «требучет» совсем небольшой (зато атомной!) бомбочкой — ничего удивительного, что сами они в результате не пострадали, оказавшись за пределами разрушительного воздействия малого ядерного взрыва. Снаряд весом в несколько килограмм мощный требюше пошлет на километры!

«Безперевесная» версия перевесной фрондиболы

Другое дело — собрать и установить его не так-то просто. Представьте себе станину, требующуюся для такого «коромысла»! Да и «грузовой отсек» еще надо заполнить, пусть даже просто землей (чаще — все-таки мешками с песком или щебнем, а иногда… запасными снарядами, которые по мере того, как до них доходит дело, потихоньку заменяют на «равнокалиберные» мешки).

 

Любопытный момент: в некоторых случаях станок фрондиболы был относительно низок, так что противовесу вроде бы полагалось лечь на землю. На самом же деле этого не происходило: корзина с грузом опускалась ниже уровня земли — в специально вырытую яму!

Станина легкой фрондиболы, использованная «не по прямому назначению». Хорошо различимы крюки, за которые в норме должны крепиться натяжные тросы, — хотя на сей раз веревка тянется лишь к одному из них, причем предназначена она отнюдь не для работы фрондиболы…

Если же отвлечься от ядерных технологий, то не забудем: к снаряду фрондиболы требования особо высоки. Его надо хоть как-то отцентровать. Его надо доставить на место (почти вплотную к вражеским укреплениям!). Он — если это камень, как обычно и бывало, — должен обладать достаточной твердостью, чтобы не разлететься вдребезги при встрече с Ее Величеством Крепостной Стеной…

 

При соблюдении этих условий несколькими точными попаданиями полуторатонных глыб действительно можно развалить даже Ее Величество. Можно это сделать и многими попаданиями 200-килограммовых ядер. Но и в том, и в другом случае для этого потребуется, считая перезарядку и доставку боеприпасов, изрядное количество дней. А за это время много что может произойти с фрондиболой, установленной в 60 м от врага (случай первый) или даже в четверти километра (случай второй)…

 

Прежде всего, конечно, ее может «накрыть» городская артиллерия, даже доогнестрельная. На фреске в сиенском «Палаццо Публика» (1328 г.) изображен хорошо укрепленный замок, во внутреннем дворе которого установлена огромная фрондибола. «Коромысло» ее, возвышающееся не только над стеной, но и над башнями, собрано из нескольких балок, каждая из которых могла бы послужить корабельной мачтой!

 

(Между прочим, из мачт их действительно собирали. Когда прибывшее на кораблях войско с ходу приступает к осаде приморского города — в дело идет именно этот «строительный материал».)

 

Эта исполинская «праща» расположена так, чтобы держать под обстрелом сектор, выходящий к воротам: предполагалось, что враги свою осадную технику будут подтягивать именно туда. А вообще-то наводить на цель тяжелую фрондиболу крайне трудно (у легкой «коромысло» обычно закреплено на подвижном вертлюге: с горизонтальной наводкой проблем не возникает). Обычно ее как в начале кампании устанавливали против конкретной цели, так потом до конца боевых действий и вели по ней огонь. Эта тактика, вроде бы примитивная, на деле требовала большого опыта и сложных расчетов. Очень уж велика плата за ошибку — одного труда и времени на «перезагрузку» сколько потребуется!

 

 

Соответствующими навыками довольно часто владели и рыцари, и даже высшие аристократы: в воинской среде такое считалось «хорошим тоном», а дворянское пренебрежение к неизбежным при этом элементам черного труда в данном случае как бы не инсталлировалось. Но обычно это все же был кто-то из, в широком смысле слова, «книгочеев». Или — инженеров.

 

Современные специалисты подступались к фрондиболам неоднократно — и в общем-то не без успехов. Действительно, тут как будто работает одна только «механика» и нет места всяческим ноу-хау древних мастеров — например, особого искусства плетения сухожильного торсиона для баллист и катапульт. Тем не менее часть секретов до сих пор не раскрыта. Наибольшего результата достигли британские реконструкторы, но даже они могут осуществлять продольную наводку, лишь перемещая сам станок — что очень трудно проделывать с по-настоящему тяжелыми требюше. Между тем известно, что во всяком случае «малую» наводку средневековые артиллеристы осуществляли, регулируя загрузку противовеса. Как им это удавалось — загадка: на современных копиях фрондибол такого эффекта покамест достичь не получается. Может быть потому, что для нынешних реконструкторов этот вопрос не входит в число жизненно важных; а для их предшественников — входил, ибо с опущенным противовесом легче манипулировать под прикрытием станковых щитов, не подставляясь вражеским лучникам.

Тяжелый вариант легкой фрондиболы оказывает «огневую поддержку» осаждающим, помогая им отразить вылазку осажденных. Хорошо видны натяжные тросы: «артиллерийская команда» действует на человеческой силе. А повисший на пусковом тросе «наводчик» обеспечивает корректировку пращи уже в момент выстрела — надо сказать, с большой опасностью для себя!

…Итак, разница между фрондиболой и метательными машинами иных классов ясна. Причем именно фрондибола является классическим оружием пролетариа… виноват, средневековья.

 

А в античное время почему фрондиболы нет? Отчего же, она почти есть — только «коромысло» с пращой размером поменьше, и запускает его не сила тяжести, а торсионный жгут. Катапульта типа «онагр» — именно этот вариант. Ну и фустибула, древково-ременная праща — тоже: она вообще без станка и «двигателя» обходится, одной человеческой силой. Так что это, можно сказать, «ручная» (в смысле — не станковая) фрондибола.

Тяжелая фрондибола классической конструкции. Этот голландский рисунок второй половины XVI в. — один из последних, выполненных «вживую» (фрондиболы уже не употребляются, но местами еще)

И все-таки настоящие фрондиболы появляются где-то к VII в., на территории Византии. Почти наверняка они является переосмысленной, с учетом новых условий, позднеантичной техникой: скорее всего — вышеназванных «смысловых элементов» катапульты или фустибулы (а может, все же колодезного журавля?). Почти одновременно эти машины проникают и в Европу, и в мусульманский мир — где за ними закрепилось арабское название, в разных вариантах звучащее от «манжак» до «манджаник». Похоже, корень тут тот же, что у уже известного нам западного термина «мангонель», а первоисточник в обоих случаях — греческий «монанкон», «одноплечее» (то есть «одноплечий рычаг»), который в античности являлся одним из синонимов катапульты. Если так — то, выходит, византийские инженеры взяли за основу именно ее, а не фустибулу и не журавль.

 

Веку к XII с ними начинает знакомиться и Русь, давшая этим машинам название «перевесных пороков». Насколько можно понять, они главным образом относились к «легкой» и «средней» разновидности тяжелых фрондибол и служили в основном оружием осаждающих (увы: большинство случаев их применения приходится на феодальные междоусобицы, а не на отражение внешнего врага). Объяснение тут простое: ВСЕ летописные источники подтверждают, что меткость этих «пороков» была весьма невысока. По стенам и зданиям осажденного города они бить вполне могли, а вот городским камнеметам в контригру включиться не удавалось: вражеская фрондибола представляла для них слишком мелкую цель. Так что главным (и довольно успешным) способом борьбы с «перевесными пороками» были вылазки, а также сооружение цепи вспомогательных укреплений на 150–200 м впереди основной стены: примерно такова была эффективная дальность их стрельбы. Еще раз увы: Древняя Русь, конечно, родина слонов — однако метательную технику она освоила не только поздно, но и довольно ограниченно.

Миниатюра из «Бернской хроники» 1474–1483 гг.: швейцарцы обстреливают осажденный город. Довольно редкое сочетание «в одном кадре» фрондиболы, пушки и даже первых аркебуз. Любопытно, что противовес фрондиболы заполнен, судя по всему, «тактическим запасом» пушечных ядер — на тот момент еще каменных, а не чугунных

Века же с XIV, когда в дело включаются пушки, фрондибола уже помаленьку начинает вымирать и в Европе. Однако еще примерно столетие доогнестрельная артиллерия не всегда и не во всем уступает огнестрельной. Но к XVI в. вопрос уже решен.

 

И, как всегда в таких случаях бывает, немедленно после этого в самых разных трактатах начинают появляться сверхсложные, сверхогромные и много чего еще «сверх…» проекты фрондибол! В постсредневековые «экранизации» они, правда, не попали: Голливуда, «Мосфильма» и студии «Золотой орел» еще не было. На полях сражений им и в классическом средневековье места бы не нашлось. Зато тогдашняя фантастика (рыцарские романы) уделила им примерно такое же внимание, как и нынешняя!

 

Очень показательно, что фильм «1612», сперва проходивший по категории исторического кинематографа, сейчас все чаще называют именно фантастикой. Там, конечно, фантастично вообще все, вплоть до истории государства Российского; тем не менее самый фантастический эпизод связан с метательными машинами (похожими скорее на качели, чем на «перевесный порок», — но принцип действия тот же!), при помощи которых москвичи обстреливают поляков чем-то вроде зажигательных бомб.

 

 

Так что, пожалуй, не будем сейчас критиковать Голливуд, даром что во «Властелине колец» явлены еще более фантастические фрондиболы, у которых вместо противовеса установлен… торсионный привод: почти такой же, как в катапульте. Зато в «Жанне д’Арк» Люк Бессон с доспехами перемудрил — а вот фрондиболы у него воссозданы безупречно! Разве что эффективность выстрела преувеличена (где-то двухпудовое, судя по виду, ядро, пущенное с многосотметрового расстояния, для крепостной стены не очень опасно) и о пушках отчего-то все забыли (а под Орлеаном именно они уже играли основную роль!). На то и фантастика. А что, вы этот фильм — прекрасный, выдающийся! — к иному жанру относите? Или вы к иному жанру относите «Царствие небесное», где установленные очень далеко от городской стены фрондиболы элементарно разрушают эту стену, стреляя с пулеметной частотой и кучностью? Ну, а фильм «В ловушке времени», к счастью, и не стремится выйти за рамки фантастики…

За миг до отстрела ядра. Человеческая фигурка в данном случае символизирует испуг перед вполне реальной опасностью: угрозой гибели от собственного боеприпаса

Впрочем, именно этот фильм продемонстрировал одно очень «узкое место» фрондиболы применительно к возможности вести огонь в прямом смысле: выстреливать зажигательные боеприпасы (не такой «коктейль Молотова», как в «1612», а нечто более реалистическое). Собственно, зажигательные стрелы, в том числе и выстреливаемые из метательных машин, — вещь известная; у них есть свои достоинства, но нет главного козыря снарядов фрондиболы, которые могут нести БОЛЬШОЕ количество горючих веществ. И не просто горючих, а уже горящих: на средневековые «взрыватели», пусть и в качестве воспламенителей, надежно положиться все-таки нельзя*. Так что речь не о том, чтобы поместить в пращу фрондиболы, допустим, бочку со смолой, дегтем или нефтью — и перед самым выстрелом поджечь фитиль на присоединенном к этой бочке «взрывпакете» с серно-селитряной смесью; нет, эта бочка должна заполыхать как факел еще до того, как вылетит из пращи…

 

Вот тут непороховая артиллерия и столкнулась с проблемой. Праща, сделанная из традиционных для средневековья материалов, может быть очень прочна — но контакт с открытым огнем для нее исключен.

 

Режиссер «В ловушке времени» заменил веревочное плетение на… цепь. Однако цепь, способная отправить в полет снаряд весом хотя бы около пары центнеров (судя по фильму, эти горящие бочки весят не меньше), должна быть одновременно высокопрочной и не слишком массивной. То есть — откованной из стали отличного качества. Причем общий вес этой цепи все-таки составит несколько пудов.

 

Даже для раннесредневековых мастеров тут вообще-то нет технологического запрета, но вплоть до XV в. высококачественная сталь была слишком дорогим удовольствием, чтобы расходовать ее на подобные изделия. А когда производство стали заметно подешевело — выяснилось, что уже в полный голос говорят пушки…

 

 

Так как же выходили из положения мастера доогнестрельной артиллерии? В общем, никак. Точнее, им приходилось «по одежке протягивать ножки». Те зажигательные снаряды, которые все-таки удавалось забросить на территорию вражеских укреплений, были относительно скромных размеров, да и траектория броска оказывалась не слишком длинной. Так что вызвать в осажденном городе серьезный пожар — по тем временам задача достаточно сложная и отнюдь не всегда решаемая в пользу осаждающих.

 

Последняя из «стеноломных» метательных машин старой Европы была построена в 1521 г, когда ей, казалось бы, уже не должно найтись места при осаде крепости. Но место действия — как раз не Европа, а… Мексика! Войска Кортеса, испытывая дикую нехватку огнестрельного оружия (аркебуз куда меньше, чем арбалетов, а пушек всего несколько, да и те малокалиберные!), штурмуют яростно сопротивляющийся Теночтитлан — и вдруг один конкистадор заявляет, что ему известно, как построить неогнестрельную машину, «метающую камни размером с ведро, которые могут разрушать крепостные стены и здания в городе». Но выстроенная под его руководством машина посылала снаряды по такой траектории, что они падали исключительно вокруг нее самой. Лишь чудом никто не пострадал, даже сам изобретатель (для чего Кортесу, наверно, пришлось медленно сосчитать до ста и обратно, а вдобавок напомнить конкистадорам, что у них каждый человек на счету).

 

Да, это известная опасность при стрельбе из фрондиболы: если праща слишком рано сходит с зацепа — ядро может взлететь почти вертикально и обрушиться на саму машину. Такое бывает и при просто неудачном выстреле, но в данном случае, похоже, вся конструкция была сооружена неумело. А может быть — слишком умело, с оглядкой на запредельно смелые проекты кабинетных вояк XVI в. Так или иначе, «на периферии» фрондиболы применялись много лет и даже веков после того, как сошли с «основной сцены». Особенно это характерно для цивилизационных окраин Средней Азии, находившихся в номинальной зависимости от Оттоманской империи (на территории собственно Турции пушки распространились очень быстро, полностью вытеснив манджаники). Например, стеноломный манджаник фигурирует в описании одного из эпизодов войны между Кокандским ханством и Бухарским эмиратом, а эпизод этот имел место в… 1810 г. Более того: классик башкикской литературы Мажит Гафури (1880– 1934) оставил воспоминания о том, как в старших классах медресе ему довелось выслушать лекцию учителя о грядущих боях с «кяфирами» — и манджаник упоминался там как секретный козырь правоверных, который непременно будет пущен в ход! Правда, учитель по ходу лекции цитировал «Мухтасар», старинную «Книгу о джихаде», авторитетность которой как военного наставления несколько сомнительна для эпохи 1898–1901 гг. Правда и то, что описанный там манджаник, кажется, не является классической фрондиболой (а чем именно является, мы узнаем в следующей статье). Но цитаты приводились с учетом того, что в пору юности самого учителя манджаник еще считался «живым» оружием!

 

Впрочем, сейчас в Европе распространилась мода на… прыжки из фрондибол (спортсмен помещается вместо ядра в праще, точнее — все-таки в специальной люлке)! К счастью, не на сотни метров и не в стену крепости, а на десятки, с приземлением на оборудованный по всем каскадерским правилам воздушный суперчерезсверхматрас слабого надува. Совсем недавно эта мода дошла и до городов СНГ: про Москву пока не скажу, но до Киева точно. Причем в столице Украины такая фрондибола (называемая «катапультой», но уж ладно…) фигурировала в качестве платного аттракциона, доступного всем желающим!

Давние, но все-таки уже «посмертные» чертежи поздних фрондибол. Опираются ли они на «прижизненные» зарисовки — трудно сказать; в принципе конструкции выглядят достаточно реалистическими

Следующим этапом будет, вероятно, организуемая таким же способом экспедиция на Эверест. Вообще-то на Западе такие прыжки являются экстремальным видом спорта, требующим особой подготовки.

 

Статья была опубликована в июньском номере журнала «Наука и техника» за 2008 год

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *