ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ АНГЛИЙСКИХ

ТАНКОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ «Л-60» И «К-60»

Е. А. ИТЕНБЕРГ, В. М. ОСИПОВ, Л. Е. ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ, А. С. СИЛКИН

Вестник бронетанковой техники. № 2/1974 г.

Проведено исследование английских танковых двигателей «Л-60» (L60) фирмы «Лейланд» и «К-60» фирмы «Роллс-Ройс» с целью использования положительных конструктивно-технологических реше­ний для дальнейшего совершенствования основного отечественного танкового двигателя 5ТДФ.

Основными задачами исследования были: анализ конструкций двигателей и обслуживающих систем, создание описаний этих двигателей, анализ их технологичности и определение номенклатуры применяемых материалов.

Внешний вид двигателя «Л-60» приведен на рис. 1.

Из сравнения данных табл. 1 следует, что все удельные показатели двигателя 5ТДФ в 1,5—2 раза лучше аналогичных показателей двигателей «Л-60» и «К-60». Это свидетельствует о том, что двигатель 5ТДФ относится к конструкциям более высокого технического уровня.

Рис. 1. Внешний вид двигателя «Л-60»

В данной статье рассматриваются результаты работ по анализу технологичности двигателей и определению возможностей использования лучших конструктивных решений и технологических мето­дов для дальнейшего совершенствования двигателя 5ТДФ и снижения трудоемкости его изготовления без ухудшения тактико-технических показателей, эксплуатационных свойств и надежности.

Таблица 1

Основные технические показатели двигателей «Л-60», «К-60» в сравнении с однотипным отечественным двигателем 5ТДФ

В качестве основного показателя технологич­ности была принята трудоемкость изготовления ос­новных деталей и узлов сравниваемых двигателей. С целью объективности сопоставления и исключе­ния влияния специфики условий производства для сравнения были взяты проектные трудоемкости при одинаковых масштабах выпуска. Данные о трудоемкости двигателя 5ТДФ приняты в соответствии с директивной технологией, разработанной в 1969 г ., а трудоемкость деталей и узлов двигателей «Л-60» и «К-60» определялась нормированием специально разработанных маршрутных технологических процессов.

Полученные таким образом данные показали, что трудоемкость изготовления двигателя «Л-60» в два раза, а двигателя «К-60» в четыре раза ниже трудоемкости 5ТДФ, в основном, за счет большого количества необрабатываемых поверхностей у наи­более трудоемких деталей, меньших требований к чистоте и точности обработки и более простых конструктивных решений некоторых узлов, в том числе принятых на основе применения прогрессив­ных видов заготовок. Ниже более подробно приводятся примеры технологичности изделий «Л-60» и «К-60» по некоторым деталям, узлам и процессам, трудоемкость которых составляет около 70% трудоемкости изготовления сравниваемых двигателей.

Блок цилиндров — чугунный, изготовлен отлив­кой в землю. Наличие засоренности и утяжин ука­зывает на низкие требования к отливке. Все мас­ляные, воздушные и водяные каналы и полости вы­полнены в отливке без последующей механической обработки. Плиты передачи и крышки по контуру не обрабатываются, плоскости разъема обработаны с чистотой ▽ 4, а обеспечение герметичности стыков осуществляется применением анаэробных смол типа «Локтайт», исключающих притирку и применение прокладок. Применение чугунного блока в двигателе «Л-60» позволило значительно упростить конструкцию крепления подвесок коренных опор коленчатого вала по сравнению с двигателем 5ТДФ, в котором используются сложные анкерные связи, обеспечивающие одновременно увеличение жесткости блока.

Коленчатый вал — стальной с необработанны­ми щеками и противовесами, в связи с применением безокислительного нагрева при штамповке.

Рис. 2. Шатунные вкладыши, шатуны, поршневой палец, поршень двигателя «Л-60»

Обработка масляной магистрали значительно упрощена из-за рациональной системы подвода масла к коренным шейкам и отсутствия полостей в шейках вала. Расположение шатунных шеек под углом 60° друг к другу создает возможность их попарной обработки. Отсутствие двухрадиусного сопряжения шеек со щеками упрощает правку абра­зивного круга при шлифовании.

Шатун (рис. 2) — штампованный, с уклонами 10°, что позволяет значительно повысить стойкость штампов; отсутствие дефектного слоя при безокислительном нагреве заготовок позволяет отме­нить фрезеровку, шлифовку и полировку тавра. Подшипник скольжения в верхней головке шатуна, конструкция крышки без ребер, простая фрезеровка стопора вкладыша, обработка глубокого масляного канала с чистотой ▽ 3 значительно снижают тру­доемкость изготовления шатунов двигателей «Л-60» и «К-60» по сравнению с шатунами двигателя 5ТДФ.

Поршни двигателей «Л-60» и «К-60» состоят из 15 деталей каждый, в то время как у двигателя 5ТДФ поршень имеет 42 детали.

Корпуса поршней из серого модифицированного чугуна в землю; такое литье давно освоено отечест­венной автомобильной промышленностью. Наклад­ка поршня выполнена из малодеформируемой жаро­стойкой стали и обладает хорошей свариваемостью, вследствие чего значительно упрощается обработка отверстий под болты. Более того, крепежные болты у поршня двигателя «К-60» вообще отсутствуют; накладка крепится к корпусу посредством центрального хвостовика (с резьбой), выполненного заодно с накладкой. Соединение корпуса с наклад­кой не имеет уплотняющих прокладок (применяется уплотнитель типа «Локтайт») и температурно-компенсационных пружин.

Втулки под поршневой палец выполнены из би­металлической ленты «сталь-бронза» и запрессовываются в корпус с соответствующим натягом, в то А   время как в поршне 5ТДФ для этой цели предусмотрены ступенчатые штифты, расположенные внутри бобышек поршня и требующие трудоемкой обработки посадочных отверстий по второму классу точности.

Поршневые кольца изготавливаются из серого модифицированною чугуна. Заготовка кольца ин­дивидуальная, отлита в песчаную форму, получен­ную машинной формовкой с минимальными припу­сками по наружному диаметру. Рациональный вы­бор материала и вида заготовки, низкий класс чи­стоты внутренних поверхностей, отсутствие скруглений острых кромок и сопряжений по радиусу на наружной и внутренней поверхностях (для жарового кольца), отсутствие антифрикционного покрытия — вот основные технологические преимущества поршневых колец двигателей «Л-60» и «К-60» пе­ред кольцами 5ТДФ.

Гильза цилиндра (рис. 3) отливается из серого чугуна центробежным способом, имеет 5 шлифовальных посадочных поясков, по которым запрессо­вывается в блок. Вся остальная наружная поверхность имеет 5-6-й класс чистоты обработки.

В продувочном поясе гильзы цилиндра двига­теля «Л-60» предусмотрено 14 окон, а в двигателе «К-60» — всего 10 окон, получаемых в заготовке, вместо 136 окон в двигателе 5ТДФ. Отсутствие бандажа, обработанных водоперепускных каналов,

канавок под уплотнения значительно упрощает кон­струкцию гильзы и снижает трудоемкость ее меха­нической обработки и сборки.

Из всех зубчатых колес двигателей «Л-60» и «К-60» наибольший интерес представляет техноло­гия изготовления колес силовой передачи и шесте­рен масляного насоса двигателя «К-60».

Рис. 3. Гильза цилиндра двигателя «Л-60»

Силовые зубчатые колеса изготавливаются из легированной цементируемой стали штамповкой. Торцы ступицы и зубчатого венца находятся в од­ной плоскости и прошлифованы за один установ. Торцы зубьев после химико-термического упрочне­ния механической обработке не подвергаются. Косозубые зубчатые колеса масляного насоса изго­тавливаются без химико-термической обработки. Профиль зубьев обработан зубофрезерованием с последующей прикаткой и имеет чистоту 5-6-го класса. Технология изготовления этих зубчатых колес несколько проще технологии изготовления зубчатых колес двигателя 5ТДФ, которые в процессе из­готовления проходят термическую обработку.

Вкладыши коренных и шатунных шеек штампуются из биметаллической ленты. Антифрикционный слой состоит из бронзы и баббита. Вкладыши взаимозаменяемы и не требуют обработки в узле. Вкладыши двигателя 5ТДФ изготавливаются из стальной трубы с последующей наплавкой бронзы. В двигателях «Л-60» и «К-60» значительно проще решен вопрос фиксации вкладышей. Фиксатор штампуется во вкладыше после механической об­работки перед окончательной доводкой. Фиксация вкладышей 5ТДФ производится по фрезерованному окну и отверстию. Вкладыши «Л-60» и «К-60» значительно технологичней, однако, процесс производ­ства биметаллической ленты «сталь-бронза» в Со­ветском Союзе еще не освоен.

Нагнетатели двигателей «Л-60» и «К-60» представляют собой алюминиевые корпуса с двумя крышками и двумя роторами, которые получают вращение от коленчатого вала через зубчатую пе­редачу. Заготовки корпуса и крышек получены от­ливкой в кокиль. Роторы — алюминиевые, с залитыми стальными валами. Простота конструкции на­гнетателя и привода (32 детали) определяет значи­тельно меньшую трудоемкость его изготовления в сравнении с нагнетателем 5ТДФ, который состоит из 180 наименований деталей.

Трудоемкость сборочных работ двигателей «Л-60» и «К-60» значительно ниже, чем трудоем­кость сборки двигателя 5ТДФ, в связи с простотой конструкций, узлов и агрегатов.

Нагнетатель типа «Рутт», применяемый в дви­гателях, имеет в три раза меньшее количество де­талей, притом менее точных, чем у нагнетателя 5ТДФ. Топливный насос — блочный вместо 5 односекционных на 5ТДФ; коленчатый вал с косыми масляными каналами имеет на 150 деталей меньше, чем у двигателя 5ТДФ, количество селективных и подгоночных мест меньше примерно в 8 раз.

Значительно упрощены приводы агрегатов: при­вод топливных насосов 5ТДФ выполнен в виде длинного кулачкового вала, изготовленного с высо­кой точностью с 5 опорами внутри, расположенны­ми вдоль всего двигателя. Привод стартер-генератора 5ТДФ осуществлен через сложную гидроме­ханическую передачу; привод нагнетателя «Л-60» и «К-60» представляет собой простую эластичную муфту, в то время как на 5ТДФ приводом является специальный узел, состоящий из 9 шестерен, в ос­новном, пятой степени точности, прецизионных подшипников и корпуса, изготовленного с высокой точностью.

Широко применены в качестве контрящих и гер­метизирующих элементов анаэробные смолы типа «Локтайт», в то время как на 5ТДФ стыки уплот­няются прокладками, что требует притирки стыков, а резьбы, изготовленные по 2-му классу точности, требуют установки по группам.

Отсутствует ряд узлов, таких, как турбины АДУ-2с и др.

Таблица 2

Относительная трудоемкость основных узлов и деталей английских двигателей

Примечание. Трудоемкость 5ТДФ принята за 100%

Данные об относительной трудоемкости основ­ных узлов и деталей «Л-60», «К-60» в сравнении с деталями двигателя 5ТДФ приведены в табл. 2.

Трудоемкость двигателей «Л-60» и «К-60» со­ставляет 49 и 23 % трудоемкости двигателя 5ТДФ.

Сравнительная оценка технологичности конструкций английских двигателей, сопоставление ос­новных деталей и узлов по их конструктивно-техно­логическим характеристикам с аналогичными дета­лями и узлами двигателя 5ТДФ позволяют сделать, следующие выводы:

1.     С точки зрения простоты конструкции основных деталей и узлов, дешевизны применяемых материалов и вытекающей отсюда простоты производ­ства конструкции изделий «Л-60» и «К-60» могут быть оценены как достаточно технологичные.

2.     Формы заготовок максимально приближены к формам готовых деталей, в результате чего коэф­фициент использования металла у рассматривае­мых изделий на 15-20% выше, чем у двигателя 5ТДФ.

3.     Характерными особенностями механической обработки деталей являются более низкие требова­ния к чистоте обрабатываемых поверхностей. Де­тали, получаемые литьем и штамповкой, обрабаты­ваются только по поверхностям, сопрягаемым с другими деталями, а нерабочие поверхности оста­ются «черными».

4.     Для изготовления основных деталей и узлов могут применяться обычные, широко известные в отечественной практике методы. Применение ка­ких-либо новых, неизвестных в отечественном дизелестроении технологических методов не обнаружено. Исключение представляет только примене­ние биметаллической ленты для изготовления вкла­дышей подшипников.

5.     Если в целом конструкции изделий «Л-60» и «К-60» не могут быть признаны прогрессивными, так как они запроектированы для более легких ус­ловий эксплуатации, чем двигатель 5ТДФ, и имеют значительно меньшие литровые мощности, то от­дельные конструктивные решения, принятые в этих изделиях, заслуживают подробного изучения и пос­ле тщательной, всесторонней проверки и испытаний должны найти применение в конструкции и техно­логии производства двигателя 5ТДФ с целью улуч­шения его технологичности, снижения трудоем­кости и себестоимости. В настоящее время разрабо­тан план-график комплексных мероприятий, реали­зация которых поможет решить основные проблемы производства не только двигателя 5ТДФ, но и дру­гих его модификаций, а также других быстроход­ных дизелей специального назначения. К этим проблемам относятся:

1.     По коленчатым валам — получение отливки методом шлакового переплава, что исключит необ­ходимость обработки щек; упрощение формы масляных каналов; введение установки шестерен на лыски вместо присверловки их по месту при трудоемкой установке угла опережения со стороны вход­ных окон (BX).

2.     По шатунам—введение процесса безокислительного нагрева при штамповке, в связи с чем от­падает необходимость в обработке тавра; измене­ние конструкции верхней головки шатуна с заменой подшипника качения на подшипник скольжения, отмена ребер жесткости на крышках.

3.     По гильзам цилиндра — подбор материала и разработка технологии получения литой заготовки с охлаждающими ребрами, продувочными и выхлоп­ными окнами, бандажами, концевыми вырезами и др.

4.      По поршню — разработка более технологич­ной конструкции за счет значительного сокращения числа входящих деталей, путем замены спиральных пружин плоскими, отмены стальных втулок в бобыш­ках поршня, применения поршня со стальным трон- ком или чугунного поршня с бронзовой вставкой и Др.

5.     По блоку цилиндров — отделение силовой пе­редачи в самостоятельный узел; разработка и вне­дрение постоянного стянутого блока, что повышает стабильность его геометрических параметров и сни­жает трудоемкость обработки и сборки.

6.     По шестерням — отмена полирования выкру­жек, радиусов и фасок, а также отмена обработки полотна шестерен путем ввода безокислительного нагрева заготовки, более точной штамповки или применения сталей шлакового переплава.

7.     По вкладышам подшипников — разработка метода получения биметаллической ленты «сталь— бронза» и применение ее для шатунных и коренных взаимозаменяемых подшипников.

8.     По топливной аппаратуре — введение двух­форсуночной системы подачи топлива вместо че­тырехфорсуночной, что значительно сокращает трудоемкость обработки гильз цилиндров форсу­ночного пояса блока, тройника и др.; разработка и внедрение блочног'6 топливного насоса с приводом по типу «Л-60»; применение корпусов топливного насоса из алюминиевого сплава с глубоким аноди­рованием трущихся элементов; применение плун­жера топливного насоса с центральной подачей топлива для возможности использования метода парного шлифования, повышающего плотность пре­цизионных деталей и надежность процесса подачи топлива.

9.     По изделию в целом — применение анаэроб­ных и других технологических герметизирующих составов для устранения течи в местах соединений при возможности использования деталей с пони­женной чистотой обработки плоскостей; уплотнение резьбовых соединений с целью упрощения обра­ботки резьб и повышения надежности изделия и т. д.; уменьшение числа селективных и подгоноч­ных мест.

Важным мероприятием план-графика является создание новых, более точных заготовок основных деталей двигателя. Иными словами, необходимо продолжить работы по изысканию новых материалов и рациональных технологических методов полу­чения заготовок гильзы, коленчатого вала, шатуна, вкладышей с минимальной дальнейшей обработкой и прочностными свойствами, не уступающими су­ществующим деталям.