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设备装配与整机组装 |
柴油发电机气缸体的结构分类和排列形式 |
摘要：气缸体是柴油机的重要组成部分，它主要承担着支承、保护和组装的作用。柴油发电机组的机体由气缸体和曲轴箱两部分构成，机体上部用来安装气缸套的部分为气缸体；下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱。机体一般采用灰铸铁铸造，少数强化柴油机为了提高机体的强度，也有用墨铸造的，例如康明斯柴油机气缸体便是由灰铸铁铸造的。
一、气缸体的结构和类型
1、不同柴油机的缸体区别
（1）水冷式发动机
如图1左图所示。水冷发动机的汽缸周围和汽缸盖中都加工有冷却水套，并且汽缸体和汽缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对汽缸和汽缸盖起冷却作用。现代柴油发电机基本都采用水冷多缸发动机。对于多缸发动机，汽缸的排列形式决定了发动机外形尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到柴油发电机的总体布置。
（2）风冷式发动机
如图1右图所示。风冷式柴油机结构简单、质量轻、维护使用方便、对气候变化适应性强、启动快、不需要散热器。风冷发动机是发动机的一种，以空气作为冷却介质，其在气缸及缸盖的外壁铸造出一些散热片，并用冷却风扇使空气高速吹过散热片表面，带走发动机散出的热量，使发动机冷却。
2、制造工艺的结构区别
机体的结构形式按照柴油机机体的结构形式可分为整体式和分段式两种类型。
（1）整体式机体
整体式机体是将气缸体和曲轴箱铸成一体。这种机体由于将各组成部分铸成一体，所以必须要保证机体有较大的刚
主轴承沿径向分成两部分，上半部分在曲轴箱上为主轴承座，下半部分为主轴承盖，用主轴承螺栓固定在主轴承座上，构成主轴承座孔，以用来支承曲轴。这种结构型式的特点是：结构紧凑，外形尺寸小，重量变轻而且柴油机维护和维修也比较方便。康明斯柴神机曲轴箱就属于龙门式结构。
② 平分式
它的上、下曲轴箱的接合面正好与曲轴中心线保持一致。这种型式的优点是加工和拆装比较方便，但刚度差。
将主轴承座和主轴承盖直接铸造成一体，曲轴的安装与拆卸均从飞轮罩壳一端沿轴向装入或拆卸。这种形式的机体若从一端看去就像隧道的形状，其特点是结构紧凑，刚性较好，轴向尺寸较小，机体下部的密封也最简单。但重量增加，对曲轴的维修和保养不方便、特别是拆卸困难，占用时间也最长，这种形式的机体多应用在中小柴油机上。
分段式机体是将柴油机气缸体和曲轴箱分开进行制造。如6150型柴油机的机体就属于这种结构形式。
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图1 水冷和风冷柴油机的区别 |
图2 柴油机整体式气缸体分类 |
二、气缸体的作用与要求
气缸体是柴油机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连成一体，是安装活塞、曲轴以及其他零件和附件的支承骨架。其结构外形如图3所示，数学模型如图4所示。
1、气缸体的作用
（1）支承作用：
气缸体是发动机的基础部件，它为曲轴、活塞、气缸盖等部件提供支撑和固定的作用。在发动机运行时，这些部件会受到较大的力和力矩，而气缸体的坚固和稳定能够有效地减少这些部件的振动和位移，提高发动机运行的稳定性和可靠性。
（2）保护作用：
气缸体还具有保护发动机内部部件的作用。它能够防止冷却液和机油泄漏，防止灰尘、污垢和其他杂质进入发动机内部，从而保护发动机内部部件不受损伤和污染。
（3）组装作用：
气缸体还具有组装发动机的作用。它作为发动机的基础部件，能够将曲轴、活塞、气缸盖等部件组装在一起，形成一个完整的发动机。同时，气缸体还能够为这些部件提供润滑和冷却的作用，保证发动机的正常运行。
2、性能要求
气缸体的工作条件十分恶劣。它要承受燃烧过程中压力和温度的急剧变化以及活塞运动的强烈摩擦。因此，它应具有以下性能：
① 有足够的强度和刚度，变形小，保证各运动零件位置正确，运转正常，振动噪声小。
② 有良好的冷却性能，在缸筒的四周有冷却水套，以便让冷却水带走热量。
③ 耐磨，以保证气缸体有足够的使用寿命。
机体是构成柴油机的骨架，是柴油机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着柴油机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。
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图3 柴油机缸体基本结构外状图 |
图4 柴油机气缸体模型示意图 |
三、发动机排列形式
柴油机按照机体结构形式的不同可分为单缸和多缸。多缸柴油机又根据气缸排列方式的不同分为对置式、直列式和“V”形排列式，如图5所示。 以康明斯柴油机直列6缸机为例，其结构布置如图6所示。
1、直列式排列
如图1（a）所示。此类型发动机的各个汽缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式汽缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般6缸以下发动机多采用单列式。有的柴油发电机为了降低发动机的高度，其发动机有一个倾斜角度。
2、V形排列
如图1（b）所示。此类型发动机的汽缸排成两列，左右两列汽缸中心线的夹角y<180°，称为V形发动机。V形发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了汽缸体的刚度，减轻了发动机的质量 ，但加大了发动机的宽度 ，目形状较复杂，加工困难 ，一般用于8缸以上的发动机，6缸发动机也有采用这种形式的汽缸体。
3、对置式排列
如图1（c）所示。此类型汽缸排成两列，左右两列汽缸在同一水平面上，即左右两列汽缸中心线的夹角y=180°，故称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种汽缸应用较少。
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图5 柴油机气缸排列形式 |
图6 直列气缸体的布置图 |
总结：
气缸体上部是并列的气缸筒，目前多镶有气缸套。气缸体的下部是曲轴箱，用来安装曲轴，其外部还可安装发电机、柴油机支架等各种附件。气缸体大多用铸铁或铝合金铸造而成，铝合金缸体成本较高，但重量轻、冷却性能好，得到发动机越来越广泛的应用。总之，气缸体是发动机中非常重要的部件，气缸体的作用是支承、保护和组装发动机内部部件，保证柴油发电机的正常运行。
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