船舶機(jī)電基礎(chǔ)PPT教材和課后練習(xí)之————第二、三章

1、Ø學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1. 能正確敘述柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)以及柴油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)2. 初步掌握各種常見類型的柴油機(jī)的工作原理3. 了解柴油機(jī)的主要部件的組成、工作原理和功用4. 熟悉船舶操縱控制系統(tǒng)各組成部分的結(jié)構(gòu)、工作原理及功用5. 能正確敘述船舶軸系的組成、作用及軸線的布置6. 能正確敘述船舶傳動(dòng)軸系的結(jié)構(gòu)能力目標(biāo)：1. 熟悉船舶動(dòng)力裝置的基本組成部件；2. 熟悉柴油機(jī)的類型、能基本識(shí)別柴油機(jī)主要部件。3. 基本熟悉船舶操縱控制系統(tǒng)，初步具有操作柴油機(jī)的能力4. 能識(shí)別船舶傳動(dòng)軸系第二章 船舶動(dòng)力裝置第一節(jié) 柴油機(jī)的基本概念一、 概述1熱機(jī)所謂熱機(jī)是指把熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。根據(jù)

2、燃料燃燒場(chǎng)所的不同，熱機(jī)可分為外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩大類。外燃機(jī)燃料的燃燒發(fā)生在機(jī)器的外部，而熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能發(fā)生在機(jī)器內(nèi)部。由于熱能需經(jīng)中間工質(zhì)（蒸汽）傳遞，必然存在熱損失，所以外燃機(jī)的熱效率不高。典型的外燃機(jī)有蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等。內(nèi)燃機(jī)燃料的燃燒發(fā)生在機(jī)器的內(nèi)部，它以燃?xì)鉃楣べ|(zhì)，直接利用燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)庠跉飧字信蛎涀龉Γ崮苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能）。由于內(nèi)燃機(jī)的兩次能量轉(zhuǎn)換過程都發(fā)生在氣缸內(nèi)部，能量損失小，所以其熱效率較高。典型的內(nèi)燃機(jī)有柴油機(jī)、汽油機(jī)、煤氣機(jī)等。2柴油機(jī)柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。它使用柴油或劣質(zhì)燃油做燃料，采用內(nèi)部混合法形成可燃混合氣，缸內(nèi)燃燒采用壓燃式，即靠缸內(nèi)

3、空氣壓縮形成的高溫自行發(fā)火。這些特點(diǎn)使柴油機(jī)在熱機(jī)范疇內(nèi)具有最高的熱效率，因而柴油機(jī)在工程界得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在船用發(fā)動(dòng)機(jī)中取得了絕對(duì)領(lǐng)先地位。柴油機(jī)在船舶上除用作主推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)（主機(jī)）外，還廣泛用作發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)、動(dòng)力型救生艇發(fā)動(dòng)機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)和應(yīng)急消防泵原動(dòng)機(jī)等。3柴油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)與其他熱機(jī)相比，柴油機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 經(jīng)濟(jì)性好、熱效率高。有效熱效率達(dá)到50以上，可使用劣質(zhì)燃料，耗油率低，燃料費(fèi)用低。(2) 尺寸小、重量輕，有利于船舶機(jī)艙布置。(3) 功率范圍廣。能滿足不同類型、不同尺寸船舶的使用要求。(4) 機(jī)動(dòng)性好。啟動(dòng)方便，加速性能好，有寬廣的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，并可直接反

4、轉(zhuǎn)，能適應(yīng)船舶航行的各種要求。同時(shí)，柴油機(jī)也具有以下缺點(diǎn)：(1) 存在著振動(dòng)和噪聲；(2) 某些部件的工作條件惡劣,高溫高壓并有沖擊性負(fù)荷。二、 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)（圖2-1）(1) 上止點(diǎn)（T.D.C）：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)到離曲軸中心線最遠(yuǎn)的位置。(2) 下止點(diǎn)（B.D.C）：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)到離曲軸中心線最近的位置。(3) 曲柄半徑（R）：曲軸主軸徑中心線與曲柄銷中心線的距離。(4) 行程(S)：活塞從上（下）止點(diǎn)移動(dòng)到下（上）止點(diǎn)的直線距離。它等于曲軸曲柄半徑的兩倍(S=2R)?；钊苿?dòng)一個(gè)行程，相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180ºCA（曲軸轉(zhuǎn)角）。(5) 缸徑（D）：氣缸的內(nèi)徑。(6) 壓

5、縮室容積（VC）：活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂面以上的全部空間（活塞頂、氣缸蓋底面與氣缸套表面所包圍的空間）容積，亦稱氣缸余隙容積或燃燒室容積。上止點(diǎn)下止點(diǎn)圖2-1 柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)參數(shù)(7) 氣缸工作容積（Vh）：活塞在氣缸中從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)所掃過的容積VhD2.S/4 （8）氣缸總?cè)莘e（Va）：活塞在氣缸內(nèi)位于下 止點(diǎn)時(shí)，活塞頂面以上的全部氣缸容積。 顯然 ： VaVhVC（9）壓縮比（）：氣缸總?cè)莘e與壓縮室容積 之比值。亦稱幾何壓縮比。 Va/ VC（VhVC）/ VC1Vh/ VC 壓縮比是柴油機(jī)的一個(gè)重要性能參數(shù)，它表示 氣缸內(nèi)空氣被活塞壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮 終點(diǎn)的壓力和溫度就

6、越高，燃油就越容易燃燒，柴油機(jī)就越容易起動(dòng)。壓縮比對(duì)柴油機(jī)的燃燒、熱效率、起動(dòng)性能和機(jī)械負(fù)荷都有一定影響，其大小隨柴油機(jī)的型式而定，一般柴油機(jī)的壓縮比在1120之間。第二節(jié) 柴油機(jī)的工作原理 柴油機(jī)的基本工作原理是采用壓縮發(fā)火方式使燃料在氣缸內(nèi)部燃燒，以高溫、高壓的燃?xì)夤べ|(zhì)在氣缸中膨脹推動(dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再通過活塞連桿曲柄機(jī)構(gòu)將活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工作機(jī)械。 根據(jù)柴油機(jī)的工作特點(diǎn)，燃油在柴油機(jī)氣缸中燃燒作功必須通過進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過程。柴油機(jī)每完成從進(jìn)氣到排氣這五個(gè)過程一次稱為一個(gè)工作循環(huán)，然后進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)，從而周而復(fù)始的運(yùn)行下去。 如果柴油機(jī)的一個(gè)

7、工作循環(huán)分別在四個(gè)活塞行程中完成（即曲軸回轉(zhuǎn)720A），稱為四沖程柴油機(jī)。若柴油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)分別在二個(gè)活塞行程中完成（即曲軸回轉(zhuǎn)360°CA），稱為二沖程柴油機(jī)。 一、四沖程柴油機(jī)的工作原理 1、四沖程柴油機(jī)工作過程 第一行程：進(jìn)氣沖程。 如圖2-2所示，活塞從上止點(diǎn)下行，進(jìn)氣閥a已打開，由于氣缸容積的不斷增大，缸內(nèi)壓力下降，依靠缸內(nèi)氣體與大氣的壓差，新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣閥a被吸入氣缸。進(jìn)氣閥一般均在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前即提前打開（曲柄位于點(diǎn)1），進(jìn)氣閥提前在上止點(diǎn)前開啟的曲軸角度稱進(jìn)氣閥開啟提前角，活塞到下止點(diǎn)后延遲關(guān)閉（曲柄位于點(diǎn)2），進(jìn)氣閥延遲在下止點(diǎn)后關(guān)閉的曲軸角度稱進(jìn)氣閥關(guān)閉延遲

8、角。曲軸轉(zhuǎn)角12（圖中陰影所占的角度表示進(jìn)氣持續(xù)角）為進(jìn)氣沖程，約為220°250°CA ，其作用是使氣缸內(nèi)充滿新鮮空氣。 第二行程：壓縮行程。 活塞從下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，自進(jìn)氣閥a關(guān)閉（點(diǎn)2）開始對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，一直到活塞到達(dá)上止點(diǎn)（曲柄到達(dá)點(diǎn)3）為止。第一行程吸入的新鮮空氣經(jīng)壓縮后，壓力增高到36MPa，溫度升至600700（燃油的自燃溫度為210270）。壓縮終點(diǎn)的壓力和溫度分圖22 四沖程柴油機(jī)工作原理圖別用符號(hào)pc和tc表示。在壓縮過程的后期，噴油器在活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)前某一角度（噴油提前角）將燃油噴入氣缸，使高壓燃油與高溫空氣混合、加熱，并自行發(fā)火燃燒。曲柄轉(zhuǎn)角23表

9、示壓縮過程，約為140160°CA。壓縮行程的作用是通過活塞的壓縮，使氣缸內(nèi)的空氣達(dá)到一定的壓力和溫度，從而為燃油的燃燒和工質(zhì)的膨脹作功創(chuàng)造條件。 第三行程：燃燒和膨脹行程?；钊谏现裹c(diǎn)附近，由于燃油猛烈燃燒，使氣缸內(nèi)的壓力和溫度急劇升高，壓力約達(dá)58MPa，（至達(dá)到14MPa以上），溫度約為14001800或更高些。將燃燒產(chǎn)生的最高壓力稱最高爆發(fā)壓力，用Pz表示，最高溫度用tz表示。高溫高壓的燃?xì)猓垂べ|(zhì)）膨脹推動(dòng)活塞下行而作功。由于氣缸容積逐漸增大，而壓力下降，在上止點(diǎn)后的某一時(shí)刻（曲柄位于點(diǎn)4）燃燒基本結(jié)束，膨脹一直持續(xù)到排氣閥b開啟時(shí)結(jié)束。膨脹終了時(shí)缸內(nèi)氣體壓力Pb 約為0.

10、250.45MPa，溫度tb約為600700。由于排氣閥流通截面積在開啟過程中只能逐漸地增大，因此與進(jìn)氣閥相同，排氣閥b總是在活塞到達(dá)下止點(diǎn)前(點(diǎn)5)提前開啟，實(shí)現(xiàn)充分排氣。曲柄轉(zhuǎn)角345表示燃燒和膨脹，約為140160°CA。其作用是將燃油燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能向外輸出。第四行程：排氣行程。為使下一循環(huán)的新鮮空氣再次進(jìn)入，應(yīng)先將氣缸內(nèi)的廢氣排出。在上一行程末，排氣閥b開啟時(shí)活塞尚在下行，廢氣靠氣缸內(nèi)外壓力差經(jīng)排氣閥排出，當(dāng)活塞由下止點(diǎn)上行時(shí)，剩余廢氣可被上行活塞強(qiáng)行推擠出氣缸，此時(shí)的排氣過程是在略高于大氣壓力（約1.051.1大氣壓）且在壓力基本不變的情況下進(jìn)行的。為使缸內(nèi)廢氣

11、排出得更干凈，并減少排氣過程的耗功，排氣閥一直延遲到上止點(diǎn)后（點(diǎn)6）才關(guān)閉。排氣過程用曲柄轉(zhuǎn)角56表示，約為230260°CA。其作用是將作功后的廢氣排出氣缸。進(jìn)行了上述四個(gè)行程后，柴油機(jī)就完成了一個(gè)工作循環(huán)。當(dāng)活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，另一個(gè)新的工作循環(huán)又按同樣的順序重復(fù)進(jìn)行。四沖程柴油機(jī)每完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸要回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)（凸輪軸回轉(zhuǎn)一圈）。每個(gè)工作循環(huán)中只有燃燒膨脹行程對(duì)外作功，其它三個(gè)行程都是為燃燒膨脹行程服務(wù)的，都需要由外界供給能量。因此柴油機(jī)常做成多缸的，這樣，進(jìn)氣、壓縮、排氣行程所需的能量可由其它處于作功行程的氣缸供給。如果是單缸柴油機(jī)，那就由較大的飛輪儲(chǔ)存和提供能量。圖22下方P

12、V圖表示一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)氣缸中氣體的壓力隨活塞位移（或氣缸容積）變化的情況，稱pv示功圖?？捎脕硌芯坎裼蜋C(jī)工作過程進(jìn)行的情況。并可用來計(jì)算柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的指示功。圖 23 二沖程柴油機(jī)工作原理圖二、二沖程柴油機(jī)工作原理通過活塞的兩個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)叫做二沖程柴油機(jī)。在二沖程柴油機(jī)中，沒有單獨(dú)的進(jìn)氣與排氣過程，其進(jìn)氣與排氣過程幾乎重疊在下止點(diǎn)前后約120150°CA內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。因此在結(jié)構(gòu)上，二沖程柴油機(jī)必須采用a、氣缸套下部設(shè)掃氣口排氣口，或氣缸套下部設(shè)掃氣口氣缸蓋上設(shè)排氣閥的換氣機(jī)構(gòu)。b、而且還必須設(shè)置一個(gè)專門的掃氣泵以提高進(jìn)氣壓力，使進(jìn)氣能從掃氣口進(jìn)入氣缸并清掃廢氣出

13、氣缸。由此可把進(jìn)、排氣過程縮減到下止點(diǎn)前后的部分行程中完成?，F(xiàn)以掃氣泵為羅茨式泵的二沖程柴油機(jī)為例來說明其工作原理。如圖23所示，采用掃氣口排氣口換氣形式。機(jī)帶掃氣泵b設(shè)在柴油機(jī)一側(cè)，空氣由泵的吸入口a吸入，經(jīng)壓縮后儲(chǔ)存在具有較大容積的掃氣箱d中并保持一定壓力（105140kpa）。在柴油機(jī)膨脹行程中，柴油機(jī)活塞下行，先將排氣口f打開（曲柄點(diǎn)1位置）。缸內(nèi)廢氣經(jīng)排氣口排入排氣管g。當(dāng)氣缸內(nèi)壓力降至接近掃氣壓力時(shí)，活塞下行把掃氣口e打開（曲柄位于點(diǎn)2位置），掃氣空氣由掃氣箱d經(jīng)掃氣口e進(jìn)入氣缸同時(shí)清掃廢氣出氣缸，于是進(jìn)氣與排氣同時(shí)進(jìn)行，一直到下止點(diǎn)（點(diǎn)0）并轉(zhuǎn)而上行把掃氣口關(guān)閉（點(diǎn)3）掃氣結(jié)束，

14、活塞繼續(xù)上行把排氣口關(guān)閉（點(diǎn)4）。至此，換氣過程全部完成（進(jìn)、排氣結(jié)束），而開始進(jìn)行壓縮、燃燒和膨脹過程。這兩個(gè)過程進(jìn)行情況同四沖程柴油機(jī)基本相同。 圖23（b）示出二沖程柴油機(jī)的P-V示功圖。其尾部12034即為它的排氣、進(jìn)氣過程（稱換氣過程）。尾部形狀明顯不同于四沖程柴油機(jī)，是在膨脹行程末和壓縮行程初這一較短時(shí)間內(nèi)完成的。在上止點(diǎn)前d1開始噴油，在上止點(diǎn)c開始燃燒，到點(diǎn)d2時(shí)燃燒結(jié)束。二沖程柴油機(jī)與四沖程比較，在相同條件下，其功率約為四沖程的1.61.7倍，而且其回轉(zhuǎn)也比四沖程均勻，但二沖程的換氣質(zhì)量較四沖程差、熱負(fù)荷也比四沖程機(jī)高。圖2-4 廢氣渦輪增壓二沖程柴油機(jī)工作原理圖 三、二沖程

15、增壓柴油機(jī)的工作原理在柴油機(jī)中我們把用增加進(jìn)氣壓力來提高氣缸功率的方法稱為柴油機(jī)增壓。為此必須裝設(shè)一個(gè)壓氣泵。如果壓氣泵是由柴油機(jī)帶動(dòng)的，則進(jìn)氣壓力的提高會(huì)使柴油機(jī)消耗于壓氣泵的功率增多。這種方式稱為機(jī)械增壓，一般用這種機(jī)械增壓的增壓壓力不超過0.17×103kpa。實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)增壓的最好方案是采用由柴油機(jī)排氣驅(qū)動(dòng)的廢氣蝸輪增壓器，這種增壓方式稱為廢氣渦輪增壓。它既能提高柴油機(jī)功率，同時(shí)又可提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，這是目前應(yīng)用廣泛的一種增壓方式。廢氣渦輪與同軸安裝的壓氣機(jī)合稱為廢氣渦輪增壓器。圖24所示為一種具有廢氣渦輪增壓的二沖程柴油機(jī)工作原理圖。 它的新氣通過氣缸下部的進(jìn)氣口a進(jìn)入氣缸

16、，而廢氣則通過氣缸蓋上的排氣閥b排出氣缸。在進(jìn)、排氣管道上分別安裝了離心式壓氣機(jī)e和廢氣蝸輪機(jī)d。廢氣蝸輪從廢氣中獲得能量而帶動(dòng)壓氣機(jī)高速回轉(zhuǎn)。新鮮空氣經(jīng)壓氣機(jī)壓縮后壓力和溫度升高，然后由管g經(jīng)冷卻器k冷卻后進(jìn)入進(jìn)氣管h和掃氣箱i準(zhǔn)備進(jìn)入氣缸。 氣缸內(nèi)工作循環(huán)的各主要過程：壓縮、燃燒和膨脹的進(jìn)行情況與非增壓柴油機(jī)一樣，只是由于采取了增壓，使各過程的壓力和溫度有所增高。至于換氣過程，則與非增壓的二沖程柴油機(jī)相似。第三節(jié) 柴油機(jī)的主要部件 柴油機(jī)的主要部件包括燃燒室部件、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)座機(jī)架及貫穿螺栓等部件。這些部件的好壞不但直接影響柴油機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)，而且還對(duì)船舶安全航行起著重要作用。一、

17、燃燒室部件 活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂面、氣缸蓋底面以及缸套共同組成的密閉工作空間稱為燃燒室。燃燒室部件包括活塞、氣缸蓋、氣缸三大部分。它們的共同任務(wù)是組成燃燒室，并把燃?xì)獾淖饔昧νㄟ^活塞經(jīng)連桿傳給曲軸。1、 氣缸蓋氣缸蓋是燃燒室的上蓋，除和氣缸套、活塞共同組成燃燒室外，在它上面還要安裝各種閥件。主要有噴油器、氣缸起動(dòng)閥、示功閥、安全閥、排氣閥（四沖程機(jī)和氣口氣閥式二沖程機(jī)）、進(jìn)氣閥（四沖程機(jī)）等。另外，對(duì)于設(shè)置進(jìn)、排氣閥的氣缸蓋上還要布置進(jìn)、排氣道和氣閥搖臂機(jī)構(gòu)。 由氣缸蓋所起的作用和它所處的位置可以看出，氣缸蓋要受到螺栓預(yù)緊力和缸套支反力的作用，在柴油機(jī)工作中還要受到燃?xì)獾母邷?、高壓作用；其?/p>

18、卻水腔還受到水的腐蝕。氣缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬分布不均勻，各部位溫差很大。所以，氣缸蓋承受著很大的、分布很不均勻的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，它的工作條件較為惡劣。 因此，對(duì)氣缸蓋要求應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證氣缸蓋既不會(huì)因應(yīng)力過大而損壞，也不會(huì)因變形而漏泄；氣缸蓋的底板，特別是各種閥孔之間的金屬堆積處和高溫部位，需要進(jìn)行良好的冷卻，力求做到各部位的溫度合適且均勻；還要求氣缸蓋上的各種閥件拆裝簡便、維護(hù)方便，冷卻水腔的水垢容易清除。氣缸蓋的主要類型有：單體式氣缸蓋、整體式氣缸蓋、分組式氣缸蓋及組合式氣缸蓋等。 2、 氣缸 氣缸是柴油機(jī)的主要固定部件之一（如圖2-5所示），是燃燒室部件的主體。柴油機(jī)的工作

19、循環(huán)是在氣缸的工作空間里進(jìn)行的，活塞在氣缸內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在筒形活塞式柴油機(jī)中氣缸起導(dǎo)承作用，承受活塞的側(cè)推力。二沖程柴油機(jī)的氣缸要開氣口、布置氣道。有 圖2-5 RTA型柴油機(jī)氣缸 1、3、6-O型密封圈;2-氣缸套;4-導(dǎo)水環(huán); 5-傳感器; 7-氣缸體;8-布油槽;9-冷卻水導(dǎo)套D、D1-放泄孔；L-進(jìn) 水孔;KB、KB1-檢漏孔；KW-冷卻水腔;LR-空腔;TB-冷卻 水孔；SS-掃氣口;ZS-注油孔;A-填料函座孔;B-掃氣通道 C-人孔些十字頭式柴油機(jī)還把氣缸下部空間做為掃氣泵空間。此外有的柴油機(jī)在氣缸的外部還安裝掃氣箱、排氣管、凸輪箱、增壓器等。因此氣缸上部將受到安裝預(yù)緊力的作用，

20、氣缸內(nèi)壁受到燃?xì)飧邷亍⒏邏汉透g作用以及活塞的摩擦、敲擊和側(cè)推力作用。氣缸的冷卻水空間受到冷卻水的腐蝕和穴蝕。當(dāng)采用貫穿螺栓把氣缸體、機(jī)架和機(jī)座緊固到一起時(shí)氣缸承受壓力。在非貫穿螺栓結(jié)構(gòu)中，氣缸體承受作用在氣缸蓋和活塞上的氣體力所形成的拉力。 由氣缸所起的作用和所處的工作條件可知，要求它具有足夠的強(qiáng)度和剛度，要有良好的耐磨性和抗腐蝕性，并要求對(duì)它進(jìn)行良好的潤滑和冷卻，在氣缸套和氣缸蓋的結(jié)合面、氣缸體和氣缸套的結(jié)合面要有可靠的氣封和水封。 3、 活塞 活塞也是組成燃燒室的重要部件之一，它與連桿、曲軸等部件組成運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將氣體力經(jīng)連桿傳給曲軸。在筒形活塞式柴油機(jī)中，活塞承受側(cè)推力，起滑塊的作用。在

21、二沖程柴油機(jī)中還啟閉氣口，控制換氣。 在柴油機(jī)工作中,活塞受到燃?xì)獾母邷?、高壓、燒蝕和腐蝕作用。它的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷很高，而活塞材料在高溫下機(jī)械性能又有所降低，所以活塞在工作中容易產(chǎn)生裂紋和變形?；钊c氣缸、連桿之間，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生摩擦與撞擊?；钊捎跍囟群芨呒叭?xì)鉀_刷、往復(fù)運(yùn)動(dòng)等原因，它和氣缸之間不可能建立液體動(dòng)力潤滑，因此摩擦損失功大，磨損嚴(yán)重。在中、高速柴油機(jī)中，活塞具有較大的往復(fù)慣性力，使得柴油機(jī)的振動(dòng)加劇。 活塞是柴油機(jī)的關(guān)鍵部件之一，對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性影響很大。因此要求活塞強(qiáng)度大、剛性大，密封可靠，散熱性好，冷卻效果好，摩擦損失小，耐磨損。對(duì)中、高速柴油機(jī)還要求活塞

22、的重量輕?；钊牟牧铣Ｓ描T鐵、鋼和鋁合金三種。圖2-7 筒形活塞(OPC2-6)1-活塞裙;2-卡簧;3-活塞銷;4-襯套 5-刮油環(huán);6、7、8-壓縮環(huán) 9-活塞頭 10-柔性螺栓 11、15-密封圈 12-墊塊 13-螺母 14-襯管端蓋;A、C-冷卻腔 B-避讓坑 活塞的構(gòu)造，活塞可分為十字頭式活塞（圖26）和四沖程筒形活塞（圖27）兩大類。十字頭式活塞由活塞頭、活塞裙、活塞環(huán)、活塞桿和活塞冷卻機(jī)構(gòu)等組成。筒形活塞由活塞本體（頭、裙為一體）、活塞環(huán)和活塞銷以及刮油環(huán)等組成。圖2-6 十字頭式活塞（L-MC/MCE）1- 活塞桿;2-冷卻油管;3-活塞裙 4-活塞環(huán);5-活塞頭 二、曲柄連

23、桿機(jī)構(gòu)1、 十字頭和導(dǎo)板十字頭和導(dǎo)板的作用是將活塞組件和連桿組件連接起來，把活塞的氣體力和慣性力傳給連桿，承受側(cè)推力并為活塞在氣缸中的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。如圖28所示，十字頭一般由十字頭銷和滑塊等組成，導(dǎo)板則固定在機(jī)架上。在工作時(shí)，十字頭本體要承受強(qiáng)大的沖擊負(fù)荷，十字頭滑塊則承受側(cè)推力（其大小和方向周期地變化）的作用。因十字頭銷的直徑、長度受限制，尺寸較小，所以其承壓面積小。此 圖2-8 十字頭柴油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1-活塞;2-活塞桿;3-十字頭4-滑塊;5-正車導(dǎo)板;6-倒車 導(dǎo)板;7-連桿 外，十字頭銷在軸承內(nèi)作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，故潤滑條件較差。十字頭銷與軸承及滑塊與導(dǎo)板間均存在著摩擦和磨損。工作過程中，正車導(dǎo)板

24、承受正車膨脹沖程（倒車壓縮沖程）的側(cè)推力；倒車導(dǎo)板承受倒車膨脹沖程（正車壓縮沖程）的側(cè)推力。若正、倒車導(dǎo)板分設(shè)在十字頭左右兩側(cè)的結(jié)構(gòu)形式稱雙導(dǎo)板式（圖29）。若正、倒車導(dǎo)板處在十字頭同一側(cè)的稱為 單導(dǎo)板式（圖210）。另外還有一種圓筒形導(dǎo)板，其圓筒形 圖2-9 RTA柴油機(jī)十字頭導(dǎo)板1- 連桿小端軸承座;2-十字頭銷;3-小導(dǎo)板;4-貫穿螺栓孔 5-正車導(dǎo)板;6-止動(dòng)蓋板;7-滑塊;8-機(jī)架;9-導(dǎo)板固定螺栓 10-倒車導(dǎo)板;11-連桿小端軸承(薄壁軸瓦);12-活塞桿插入孔 圖2-10 單導(dǎo)板式十字頭簡圖 1-安裝活塞桿孔;2-十字頭銷;3-滑塊;4-正車導(dǎo)板;5-倒車導(dǎo)板滑塊可兼作掃氣泵使

25、用。 2、連桿 連桿的作用是將作用在活塞上的氣體力和慣性力傳遞給曲軸，并把活塞或十字頭與曲軸連接起來，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成曲軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使曲軸對(duì)外輸出功。連桿大端隨曲柄銷作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，連桿小端隨活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，桿身繞著往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞銷或十字頭銷擺動(dòng)。連桿承受周期性變化的氣體力和活塞、連桿慣性力的作用。在二沖程柴油機(jī)中，連桿始終是受壓的，但壓力的大小是周期性變化的。在四沖程柴油機(jī)中，連桿有時(shí)受壓，有時(shí)受拉。連桿通常由桿身、連桿大端、連桿小端三部分組成。其構(gòu)造形式主要有十字頭式柴油機(jī)連桿（二沖程機(jī)小端為十字頭端）圖211和筒形活塞式柴油機(jī)連桿（四沖程機(jī)小端與活塞銷連接）圖212兩種。1-襯套;2-

26、桿身;3-大端軸瓦;4-連桿螺栓5-大端端蓋圖212 PC2-2和PC2-5型柴油機(jī)連桿1-小端軸承;2、5-連桿螺栓;3-大端軸承 4-大端軸承蓋;6、7-軸承間隙調(diào)節(jié)墊片 8-螺帽;9-壓緊蓋;10-壓縮比調(diào)節(jié)墊片 11-自整位支架;12-桿身圖2-11 十字頭式柴油機(jī)連桿 3、連桿螺栓 連桿螺栓的作用是將連桿的軸承蓋和軸承座緊固在一起。二沖程柴油機(jī)的連桿螺栓在工作中只受裝配預(yù)緊力的作用；而四沖程柴油機(jī)的連桿螺栓在工作中除受預(yù)緊力外，還在排氣沖程后期和進(jìn)氣沖程前期受到慣性力的作用。此外，還受到大端變形所產(chǎn)生的附加彎矩作用。所以連桿螺栓（特別是四沖程機(jī)）的工作條件是比較惡劣的。 連桿螺栓在工

27、作中一旦發(fā)生故障，將發(fā)生嚴(yán)重的機(jī)損事故。為此，必須嚴(yán)格按照說明書的要求選擇預(yù)緊力、上緊方法及上緊步驟。定期檢查連桿螺栓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有損傷、裂紋或伸長量超過規(guī)定值，應(yīng)及時(shí)更換。三、曲軸1、 曲軸的作用、工作條件及要求 曲軸的主要作用是把活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過連桿變換成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；把各缸所作的功匯集起來向外輸出和帶動(dòng)柴油機(jī)的附屬設(shè)備。在曲軸帶動(dòng)的附屬設(shè)備中，柴油機(jī)的噴油泵、進(jìn)排氣閥、起動(dòng)空氣分配器等均因正時(shí)的要求，必須由曲軸來驅(qū)動(dòng)。離心式調(diào)速器要根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)柴油機(jī)的噴油量，也必須由曲軸帶動(dòng)。此外，在中、小型柴油機(jī)中，為了簡化系統(tǒng)，布置緊湊，曲軸還帶動(dòng)潤滑油泵、燃油輸送泵、淡水泵和海水泵，也有

28、少數(shù)柴油機(jī)曲軸帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)。 曲軸因受力復(fù)雜、應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重、軸頸磨損也較為嚴(yán)重甚至?xí)蛘駝?dòng)的緣故容易產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力，所以，其工作條件是比較苛刻的。因而對(duì)曲軸的要求較為嚴(yán)格：疲勞強(qiáng)度高，工作安全可靠；有足夠的剛性，工作時(shí)變形小，使軸承負(fù)荷均勻；有足夠的軸頸承壓面積，以保證較低的軸承比壓；曲軸的軸頸要有良好的耐磨性能，并允許多次車削修復(fù)；曲軸的布置要兼顧動(dòng)力均勻、主軸承負(fù)荷低、平衡性好、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)小、有利于增壓系統(tǒng)的布置。以上這些要求是互相關(guān)聯(lián)的，有些又是相互矛盾的，要權(quán)衡利弊妥善解決好。2、 曲軸的類型及構(gòu)造 曲軸的結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和組合式兩大類。（1）整體式曲軸：整體式曲軸是整根曲

29、軸一體鍛造或鑄造出來，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，在中、高速柴油機(jī)中廣泛使用，并逐漸擴(kuò)大到大型低速柴油機(jī)領(lǐng)域。（2）組合式曲軸：將曲軸的不同部分分開制造，然后應(yīng)用一定的連接工藝連為一個(gè)整體的曲軸稱為組合式曲軸。組合式曲軸又分為：把曲柄臂、曲柄銷、主軸頸分別鍛造，然后紅套在一起的全套合式；把曲柄銷與曲柄臂制成一體，然后與主軸頸套合在一起的半組合式；把曲軸分成兩段制造，然后用法蘭連接起來的分段式曲軸。組合式曲軸普遍應(yīng)用于大型低速柴油機(jī)中。采用組合式主要是為了制造方便，解決曲軸制造設(shè)備能力的限制問題。組合式曲軸套合方法除紅套外，還有冷套方法。在L-MC型柴油機(jī)上還應(yīng)用焊接方式。曲柄由曲柄銷

30、、曲柄臂、主軸頸三部分組成。如圖213所示。 圖2-13 Sulzer RLA56型機(jī)曲軸1-動(dòng)力輸出端法蘭;2-飛輪固定法蘭;3-油封;4-推力盤;5-單位曲柄;6-法蘭;a-主軸頸;b-曲柄臂;c-曲柄銷頸3、曲軸的曲柄排列 曲軸的曲柄都是以氣缸的號(hào)數(shù)命名的。氣缸的排號(hào)有兩種方法，一種是由自由端排起，另一種是由動(dòng)力端排起。我國和大部分國家都是采用自由端排起。曲柄的排列是由氣缸的發(fā)火間隔角和發(fā)火順序決定的，而氣缸的發(fā)火間隔角和發(fā)火順序又要按照下列原則決定。（1）柴油機(jī)的動(dòng)力輸出要均勻，即發(fā)火間隔角要相等。這樣，相鄰發(fā)火的兩個(gè)缸的曲軸夾角，二沖程柴油機(jī)為360/i，四沖程柴油機(jī)為720/i，i

31、為氣缸數(shù)。 （2）要避免相鄰的兩個(gè)缸連續(xù)發(fā)火，以減輕相鄰兩個(gè)缸之間的主軸承的負(fù)荷。為此，最好在柴油機(jī)的首、尾兩端輪流發(fā)火。 （3）要使柴油機(jī)有良好的平衡性。柴油機(jī)存在振動(dòng)，曲軸合理的排列可使引起振動(dòng)的力和力矩減至最小。 （4）要注意發(fā)火順序?qū)S系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的影響。發(fā)火順序不同，各段軸上扭矩的交變情況也不同，對(duì)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的影響也不同。要力求減輕扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。 （5）在脈沖增壓式柴油機(jī)中，為了防止排氣互相干擾，各缸的排氣管要分組連接。為了既使相鄰的氣缸排氣管接到一起，共用一臺(tái)增壓器，又使這些氣缸的排氣不會(huì)互相干擾，要求柴油機(jī)有相應(yīng)的發(fā)火順序。 要同時(shí)滿足上述要求，往往是不可能的，而只能滿足某些主要要求

32、，兼顧其他要求。四、飛輪 飛輪的主要作用是保證柴油機(jī)回轉(zhuǎn)的均勻性。在氣缸數(shù)較少的柴油機(jī)中，飛輪還起協(xié)助柴油機(jī)起動(dòng)的作用。在大、中型柴油機(jī)中，飛輪緣上設(shè)有供盤車用的插孔或與盤車機(jī)相嚙合的齒輪（蝸輪）。在飛輪緣上也刻有（配氣或噴油）定時(shí)的記號(hào)，供檢查調(diào)整時(shí)使用。 單缸機(jī)與多缸機(jī)相比，其飛輪的相對(duì)重量較大，因?yàn)閱胃讬C(jī)的進(jìn)氣、壓縮和排氣等輔助沖程全靠飛輪帶動(dòng)。隨著氣缸數(shù)的增多飛輪尺寸相對(duì)減小。但在同功率同缸數(shù)的情況下，二沖程機(jī)飛輪要比四沖程機(jī)的飛輪小而輕些。這是因?yàn)槎_程機(jī)的發(fā)火間隔時(shí)間短，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。五、機(jī)座、機(jī)架和貫穿螺栓 十字頭式柴油機(jī)中，氣缸、機(jī)架和機(jī)座是分開制造，然后由貫穿螺栓連成一剛性整體。

33、這一剛性整體構(gòu)成了柴油機(jī)的主體部分如圖214所示 。而筒形活塞式柴油機(jī)的氣缸體、機(jī)架和機(jī)座，由于剛性、尺寸和重量等方面的要求不同，有三者分開制造用貫穿螺栓連接的結(jié)構(gòu)，有兩個(gè)造在一起（氣缸體與機(jī)架造在一起，或機(jī)架與機(jī)座造在一起）的機(jī)體結(jié)構(gòu)，還有的去掉了機(jī)座代之以油底殼，形成倒掛式主軸承的結(jié)構(gòu)。在二沖程柴油機(jī)中，由氣缸體、機(jī)架和機(jī)座構(gòu)成的箱體內(nèi)部要安裝運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)承，支承氣缸套、導(dǎo)板、主軸承等，形成運(yùn)動(dòng)部件與傳動(dòng)部件（齒輪、鏈輪）的運(yùn)行空間，并且是布置水、油、氣的空間。其外部則安裝噴油泵、起動(dòng)、換向等設(shè)備。機(jī)座底面則緊固于船體的基座或機(jī)艙底板上。1、機(jī)座 機(jī)座位于柴油機(jī)的最底部，是整臺(tái)柴油機(jī)的基礎(chǔ)

34、，也是柴油機(jī)裝配時(shí)的基準(zhǔn)件。它的作用除了支撐機(jī)器的全部重量之外，還要承受燃?xì)獾膲毫瓦\(yùn)動(dòng)部件的慣性力；十字頭式柴油機(jī)的機(jī)座多為由縱梁、橫梁和油底殼焊接組成的箱式結(jié)構(gòu)，并用貫穿螺栓把它與機(jī)架和氣缸體裝配在一起形成一個(gè)抗彎、抗扭的剛性整體。筒形活塞式柴油機(jī)的機(jī)座多采用氣缸體與機(jī)架整體制造的機(jī)體結(jié)構(gòu)。3、 機(jī)架機(jī)架是柴油機(jī)的支架，它與機(jī)座形成的空間（曲軸箱空間）是柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)行空間。機(jī)架分為A字型機(jī)架與箱型機(jī)架兩種。箱型機(jī)架的剛度優(yōu)于A字型機(jī)架，但制造加工困難，圖215所示L-MC柴油機(jī)機(jī)架立體圖。它由上面板、底板、橫向隔板和左右側(cè)板焊接而成。這種結(jié)構(gòu)的機(jī)架稱焊接箱式機(jī)架，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕

35、、剛性好等優(yōu)點(diǎn)。在隔板上設(shè)有導(dǎo)板2，在側(cè)板上開有檢修道門7。由于整個(gè)機(jī)架為剛性整體，使安裝簡單，找 圖2-14 氣缸、機(jī)架、機(jī)座的連接 圖215 機(jī)架1、10-螺釘;2-鎖緊墊片;3-保護(hù)架;4-下螺母 1-上面板;2-導(dǎo)板;3-活塞冷卻油管插入孔5-貫穿螺栓下面部分;6-連接套;7-貫穿螺栓 4-貫穿螺栓;5-橫向隔板;6-鏈條箱(輸出端)上面部分;8-上螺母;9-保護(hù)罩;11-氣缸體;12-機(jī)架;13-機(jī)座正容易，結(jié)合面少，曲軸箱密封性好。3、貫穿螺栓 在十字頭式柴油機(jī)中，都采用貫穿螺栓把氣缸體、機(jī)架和機(jī)座連在一起。在大功率筒形活塞式柴油機(jī)中，大尺寸的固定機(jī)件之間也廣泛采用貫穿螺栓連接。氣

36、缸體、機(jī)架、機(jī)座三者只受壓應(yīng)力不受拉應(yīng)力，使用貫穿螺栓連接合理地利用材料抗壓不抗拉的性能，提高了柴油機(jī)的剛度。貫穿螺栓都是采用液壓專用工具緊固的。為了盡可能減小在固定機(jī)件中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，緊固應(yīng)當(dāng)從中央向兩端交替成對(duì)地進(jìn)行，緊固一般分為兩個(gè)階段進(jìn)行，每個(gè)階段應(yīng)達(dá)到的螺栓伸長量或泵油壓力要遵守說明書規(guī)定。對(duì)緊固情況要定期檢查。第四節(jié) 船舶操縱控制系統(tǒng) 船舶經(jīng)常要在各種復(fù)雜的情況下航行。例如：在進(jìn)、出港和靠離碼頭時(shí)，要求船舶多次改變船速和航向；在海洋中正常航行時(shí)，要求船舶定速前進(jìn)；在緊急情況下，為了避免事故要求緊急剎車，強(qiáng)迫主機(jī)迅速停車或倒轉(zhuǎn)；在大風(fēng)浪中航行時(shí)，由于船舶搖擺顛簸，主機(jī)可能會(huì)超速或超

37、負(fù)荷，這時(shí)應(yīng)限制主機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，柴油機(jī)必須設(shè)置起動(dòng)、換向、和調(diào)速裝置，并且為了便于操縱應(yīng)使上述各種裝置組成能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)合動(dòng)作的操縱機(jī)構(gòu)。 一、起動(dòng)裝置 柴油機(jī)本身沒有自行起動(dòng)的能力，為了使靜止的柴油機(jī)開始工作，必須利用某種外力使柴油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。此外還必須使柴油機(jī)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速，以便為燃油發(fā)火創(chuàng)造必要的條件。柴油機(jī)起動(dòng)所要求的最低轉(zhuǎn)速叫做起動(dòng)轉(zhuǎn)速。圖2-16 壓縮空氣起動(dòng)裝置原理圖1-氣缸起動(dòng)閥;2-空氣分配器;3-主起動(dòng)閥4-操縱手柄;5-出氣閥;6-空氣瓶;7-起動(dòng)控制閥 8-截止閥 柴油機(jī)的起動(dòng)方式常見的有人力起動(dòng)、電力起動(dòng)、空氣馬達(dá)和壓縮空氣起動(dòng)等幾種。其中壓縮空氣起動(dòng)

38、的能量最大，而且最經(jīng)濟(jì)，可靠和安全。但該裝置構(gòu)造復(fù)雜，不適用于小型高速柴油機(jī)。因此，目前大型船舶柴油機(jī)都采用壓縮空氣起動(dòng)。 壓縮空氣起動(dòng)裝置的組成和工作原理（圖216所示）： 壓縮空氣起動(dòng)就是利用一定壓力（2.53.0MPa）的壓縮空氣,按柴油機(jī)的發(fā)火順序在工作行程時(shí)引入氣缸,代替燃?xì)馔苿?dòng)活塞,使柴油機(jī)達(dá)到起動(dòng)轉(zhuǎn)速,完成自行發(fā)火。 壓縮空氣起動(dòng)裝置的主要組成部分包括空氣壓縮機(jī)、空氣瓶、主起動(dòng)閥、空氣分配器、氣缸起動(dòng)閥和起動(dòng)控制閥等。 起動(dòng)前空壓機(jī)向空氣瓶6充氣至規(guī)定壓力。備車時(shí)，先打開空氣瓶出氣閥5和截止閥8，使瓶內(nèi)空氣經(jīng)截止閥8通到主起動(dòng)閥3和起動(dòng)控制閥7處等候。當(dāng)接到起動(dòng)命令時(shí)，將操縱手柄

39、4推到“起動(dòng)”位置，這時(shí)起動(dòng)控制閥7被打開，控制空氣進(jìn)入主起動(dòng)閥3中活塞上面推動(dòng)活塞下移，使主起動(dòng)閥開啟。于是起動(dòng)空氣分成兩路：一路為起動(dòng)用的壓縮空氣，經(jīng)總管引到各缸的氣缸起動(dòng)閥1的下方空間等候；另一路為控制用的壓縮空氣，被引至空氣分配器，然后按照柴油機(jī)的發(fā)火順序依次到達(dá)相應(yīng)的氣缸起動(dòng)閥的頂部空間，并輪流將氣缸起動(dòng)閥打開，使等候在此閥前的起動(dòng)空氣進(jìn)入氣缸，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)柴油機(jī)達(dá)到起動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)，隨即將燃油手柄推至起動(dòng)供油位置。待柴油機(jī)起動(dòng)后，立即通過操縱手柄4關(guān)閉控制閥7，切斷起動(dòng)空氣。主起動(dòng)閥3隨即關(guān)閉，氣缸起動(dòng)閥上部的控制空氣也經(jīng)空氣分配器泄放，氣缸起動(dòng)閥關(guān)閉。至此起動(dòng)過程結(jié)

40、束。然后可逐漸調(diào)節(jié)供油量，使柴油機(jī)在指定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)無須再次起動(dòng)主機(jī)時(shí)，將截止閥8和出氣閥5先后關(guān)閉。 為了保證柴油機(jī)的可靠起動(dòng)，起動(dòng)系統(tǒng)必須具備一下幾個(gè)條件： （1）壓縮空氣必須具有一定的壓力和足夠的儲(chǔ)量。依據(jù)我國海船建造規(guī)范的規(guī)定，起動(dòng)空氣壓力一般為2.53.0MPa；空氣瓶至少有2個(gè)，其容量須保證在不補(bǔ)氣、冷車下正倒車交替起動(dòng)不少于12次（不可換向主機(jī)為6次）。 （2）壓縮空氣要有一定的供氣正時(shí)，即供氣要適時(shí)，并有一定的延續(xù)時(shí)間。壓縮空氣必須在活塞處于膨脹沖程之初的某一時(shí)刻開始向氣缸供氣，并使其延續(xù)一段時(shí)間后結(jié)束。二沖程機(jī)的進(jìn)氣持續(xù)角不超過120º曲柄轉(zhuǎn)角，四沖程機(jī)的進(jìn)氣持續(xù)

41、角一般不超過140º曲柄轉(zhuǎn)角。 （3）必須保證最少的氣缸數(shù)。要使柴油機(jī)在任何曲軸位置下至少有一個(gè)氣缸處于起動(dòng)位置，則起動(dòng)所要求的最少氣缸數(shù)：二沖程柴油機(jī)為4個(gè)，四沖程柴油機(jī)為6個(gè)。 二、換向裝置 根據(jù)航行要求，如果船舶要從前進(jìn)變?yōu)楹笸耍话闶强扛淖兟菪龢男D(zhuǎn)方向（稱直接換向），或者保持螺旋槳轉(zhuǎn)向不變而改變螺旋槳槳葉的螺距角使推力方向改變（稱變距槳換向）來實(shí)現(xiàn)。目前，多數(shù)船舶使用直接換向?qū)崿F(xiàn)航向的變換，即柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的改變。因此要求主柴油機(jī)應(yīng)具有換向的性能。所謂換向就是改變曲軸的旋轉(zhuǎn)方向。 要使柴油機(jī)換向，首先應(yīng)停車，然后應(yīng)使柴油機(jī)反向起動(dòng)起來，最后使柴油機(jī)按反轉(zhuǎn)方向運(yùn)轉(zhuǎn)起來。由此

42、，必須改變起動(dòng)正時(shí)、噴油泵正時(shí)和進(jìn)、排氣閥正時(shí)，以滿足反向起動(dòng)和反向運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)正時(shí)的要求。由于上述正時(shí)均由有關(guān)凸輪控制，所以柴油機(jī)的換向問題就是如何改變空氣分配器、噴油泵和進(jìn)、排氣凸輪與曲軸相對(duì)位置的問題。為改變柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向而設(shè)置的改變各種凸輪相對(duì)于曲軸位置的機(jī)構(gòu)稱為換向裝置。 （1）、雙凸輪換向圖2-17 雙凸輪換向原理 雙凸輪換向的特點(diǎn)是對(duì)需要換向的設(shè)備包括空氣分配器、噴油泵、氣閥等配置兩套凸輪。一套供正車時(shí)使用，一套供倒車時(shí)使用。正車時(shí)正車凸輪處于工作位置，倒車時(shí)軸向移動(dòng)凸輪軸使倒車凸輪處于工作位置。這樣便可使柴油機(jī)各缸的有關(guān)定時(shí)和發(fā)火次序符合倒車運(yùn)轉(zhuǎn)的需要。 雙凸輪換向的原理以二沖程直

43、流掃氣柴油機(jī)為例來說明。如圖217所示。圖中實(shí)線表示正車凸輪，虛線表示倒車凸輪，正、倒車凸輪對(duì)稱于上、下止點(diǎn)位置的縱軸線ob，當(dāng)柴油機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，凸輪軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果凸輪的升起點(diǎn)a即為供油始點(diǎn)，圖示位置曲柄正處于上止點(diǎn)，供油提前角為11º。此后，缸內(nèi)為燃油發(fā)火燃燒和膨脹行程，直至曲軸按正車方向轉(zhuǎn)到上止點(diǎn)后104º即下止點(diǎn)前76º時(shí)，排氣閥開始打開進(jìn)行換氣。當(dāng)柴油機(jī)換向后從圖示位置倒轉(zhuǎn)時(shí)，噴油泵和排氣閥改由倒車凸輪驅(qū)動(dòng)，這時(shí)倒車凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同樣可保證供油提前角為11º（即供油始點(diǎn)為a）排氣提前角為76º。(2）、單凸輪換向單凸輪換向的特點(diǎn)是每個(gè)

44、需要進(jìn)行換向操作的設(shè)備（如噴油泵、空氣分配器、排氣閥等）都各自由一個(gè)輪廓對(duì)稱的凸輪來控制，正、倒車兼用。換向時(shí)不是軸向移動(dòng)凸輪軸，而是將凸輪軸相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)過一個(gè)換向差動(dòng)角即可。這種換向裝置所使用的凸輪線型有兩種：一般線型和雞心形線型。三、 調(diào)速裝置 柴油機(jī)的不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷是通過改變循環(huán)噴油量來獲得的。改變柴油機(jī)的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍稱為柴油機(jī)調(diào)速。為了使柴油機(jī)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速下能夠自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，必須裝設(shè)專門的調(diào)速裝置。它能根據(jù)柴油機(jī)負(fù)載的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量，使其轉(zhuǎn)速維持在規(guī)定范圍內(nèi)，這種裝置稱為調(diào)速器。 調(diào)速器的類型：調(diào)速器因原理、結(jié)構(gòu)和用途不同而有不同的類型，船舶柴油機(jī)所使用

45、的調(diào)速器主要有以下類型。1、 按調(diào)速范圍分類 (1）、極限調(diào)速器：只用于限制柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不超過某規(guī)定值，而在轉(zhuǎn)速低于此規(guī)定值時(shí)不起調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)速器僅用于船舶主機(jī)，目前已很少使用。 (2）、定速調(diào)速器：亦稱單制調(diào)速器，是在任何負(fù)荷下直接調(diào)節(jié)供油量以保持柴油機(jī)在預(yù)定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)速器。這種調(diào)速器應(yīng)用于要求轉(zhuǎn)速固定不變的發(fā)電柴油機(jī)上。通常，為滿足多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的要求，本調(diào)速器應(yīng)有一定的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍（一般為10標(biāo)定轉(zhuǎn)速）。 (3）、雙制式調(diào)速器：能維持柴油機(jī)的最低運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速并可限制其最高轉(zhuǎn)速的調(diào)速器，其中間轉(zhuǎn)速由人工手動(dòng)調(diào)節(jié)。這種調(diào)速器能改善柴油機(jī)怠速工況的穩(wěn)定性和限制最高轉(zhuǎn)速。因而

46、用于對(duì)低速性要求較高或帶有離合器的中小型船舶主機(jī)。在這種使用場(chǎng)合，當(dāng)離合器脫開的瞬時(shí)相當(dāng)于柴油機(jī)突卸負(fù)荷，該調(diào)速器就能防止柴油機(jī)飛車。在低轉(zhuǎn)速時(shí)接上離合器又能避免柴油機(jī)轉(zhuǎn)速急劇下降而保持最低轉(zhuǎn)速。 (4）、全制式調(diào)速器：在從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的全部運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，均能自動(dòng)調(diào)節(jié)油量以保持任一設(shè)定轉(zhuǎn)速不變的調(diào)速器。這種調(diào)速器廣泛用于船舶主機(jī)及柴油發(fā)電機(jī)組。 2、按執(zhí)行機(jī)構(gòu)分類 (1）、機(jī)械（直接作用式）調(diào)速器：直接利用飛重產(chǎn)生的離心力去移動(dòng)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以調(diào)節(jié)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。 (2）、液壓（間接作用式）調(diào)速器：利用飛重產(chǎn)生的離心力控制一個(gè)功率放大元件（稱伺服器），再利用液壓作用所產(chǎn)生的更大動(dòng)力去移動(dòng)油

47、量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。 (3）、電子調(diào)速器：信號(hào)監(jiān)測(cè)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電氣方式的調(diào)速器稱電子調(diào)速器。 四、操縱系統(tǒng) 船舶柴油機(jī)的操縱系統(tǒng)就是將起動(dòng)、換向、調(diào)速等裝置聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體并可以集中控制柴油機(jī)的機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、零部件多、排列錯(cuò)綜復(fù)雜。尤其近幾年來遙控技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)在操縱系統(tǒng)的應(yīng)用，更增加了該系統(tǒng)的復(fù)雜程度。 操縱系統(tǒng)的類型： 1、按操縱部位和操縱方式可以分為： (1）、機(jī)旁手動(dòng)操縱：操縱臺(tái)設(shè)在機(jī)旁，使用相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)操縱柴油機(jī)使之滿足各種工況下的需要。 (2）、機(jī)艙集控室控制：在機(jī)艙的適當(dāng)位置設(shè)置專用的集中控制室實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)的控制和監(jiān)視。 (3）、駕駛室控制：在駕駛室的控制臺(tái)中

48、由駕駛員直接控制柴油機(jī)。 在這三種控制方式中，機(jī)旁手動(dòng)操縱是操縱系統(tǒng)的基礎(chǔ)。機(jī)艙集中控制和駕駛室控制稱為遙控，即遠(yuǎn)距離操縱主機(jī)。遙控系統(tǒng)是用邏輯回路和自動(dòng)化裝置代替原有的各種手動(dòng)操縱程序。近代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在船舶上的有效應(yīng)用，使柴油機(jī)的操縱系統(tǒng)提高到一個(gè)新的水平，“船舶自動(dòng)化”也進(jìn)入了“超自動(dòng)化”時(shí)代，但在遙控系統(tǒng)中仍保留最基本的機(jī)旁手動(dòng)操縱系統(tǒng)，以保證對(duì)主機(jī)的可靠控制。2、 按遙控系統(tǒng)所使用的能源和工質(zhì)分為： (1）、電動(dòng)式遙控系統(tǒng)：以電作能源，通過電動(dòng)遙控裝置和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)主機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱控制。 (2）、氣動(dòng)式遙控系統(tǒng)：以壓縮空氣作為能源，通過氣動(dòng)遙控裝置和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)主機(jī)進(jìn)行遙控的

49、方式。 (3）、液力遙控系統(tǒng)：該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固，工作可靠、傳遞力大。但易受液壓傳動(dòng)的慣性和液壓油粘溫特性的影響而降低傳動(dòng)的靈敏性和準(zhǔn)確性，因此只適用于機(jī)艙范圍內(nèi)，一般不適于遠(yuǎn)距離傳遞。 (4）、混合式遙控系統(tǒng)：綜合利用上述各系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，如電氣混合式、電液混合式等，即從駕駛臺(tái)到機(jī)艙采用電傳動(dòng)，機(jī)艙系統(tǒng)采用氣動(dòng)或液動(dòng)。目前在船上應(yīng)用比較廣泛。 (5)、微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：在常規(guī)的遙控系統(tǒng)中，程序控制等功能是通過各種典型環(huán)節(jié)的控制回路來完 成的。采用微型計(jì)算機(jī)遙控是通過軟件設(shè)計(jì)，給出一個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序以取代常規(guī)遙控系統(tǒng)的控制回路，用軟件取代硬件程序。微型計(jì)算機(jī)在執(zhí)行時(shí)將根據(jù)從接口輸入的指令和表

50、征柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的各種信息進(jìn)行綜合判斷和運(yùn)算，得出需要的控制信息并經(jīng)輸出接口去控制操縱系統(tǒng)的執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)的操縱。這種控制系統(tǒng)體積小、功能強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)最佳狀態(tài)和最經(jīng)濟(jì)控制，是當(dāng)代向綜合性自動(dòng)化方向發(fā)展的主要目標(biāo)和方向。第五節(jié) 船舶軸系 船舶軸系是船舶動(dòng)力裝置中的重要組成部分，承擔(dān)著將主機(jī)發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳，再將螺旋槳產(chǎn)生的軸向推力傳遞給船體實(shí)現(xiàn)推船航行的目的。 船舶軸系是從主機(jī)動(dòng)力輸出端法蘭至尾軸為止，連接主機(jī)和螺旋槳的軸及其軸承的統(tǒng)稱。 一、軸系的組成、作用及軸線的布置 1、船舶軸系的種類 根據(jù)船舶類型、用途和動(dòng)力裝置等的不同，船舶軸系的數(shù)目、布置和結(jié)構(gòu)也不同。對(duì)于民用商船來說

51、，主要有單軸系和雙軸系之分；對(duì)于軍用艦船來說，除單、雙軸系外，還有多軸系。 2、軸系的組成 （1）傳動(dòng)軸 包括推力軸（有的柴油機(jī)把推力軸和曲軸造為一體）、中間軸和尾軸。 （2）軸承 推力軸承（有的柴油機(jī)推力軸承設(shè)在柴油機(jī)機(jī)座內(nèi)）、中間軸承和尾軸承。 （3）傳遞設(shè)備 主要有連軸器、減速器、離合器等。 （4）軸系附件 主要是潤滑、冷卻、密封設(shè)備等。圖218所示一大型低速柴油機(jī)直接傳動(dòng)軸系的組成簡圖。機(jī)艙18位于船舶的中后部，柴油機(jī)1通過推力軸、調(diào)整短軸3和中間軸5、8、10以及尾軸11驅(qū)動(dòng)螺旋槳13。推力軸承2給整個(gè)軸系軸向定位，推力軸由推力軸承內(nèi)的徑向軸承支承，中間軸由中間軸承4、7、9支承。軸

52、承12是最后一道位于軸隧內(nèi)的中間軸承，但其作用是和尾軸管中的尾軸承一起1-柴油機(jī);2-推力軸承;3-短軸;4、7、9、12-中間軸承;5、8、10-中間軸;6-隔艙填料箱 11-尾軸;13-螺旋槳;14-尾軸管;15-窗口;16-軸隧;17-水密門;18-機(jī)艙; 圖2-18 軸系組成簡圖 支承尾軸，也稱尾軸前軸承。尾軸從尾軸管14伸出船尾，曲軸、推力軸、中間軸和尾軸之間通過法蘭用螺栓連接，螺旋槳用鍵和螺母固定到尾軸上。 3、軸系的作用 軸系的作用是把柴油機(jī)曲軸的動(dòng)力矩傳給螺旋槳，以克服螺旋槳在水中轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩，同時(shí)又把螺旋槳產(chǎn)生的推力傳遞給推力軸承，以克服船舶航行中的阻力。 4、軸線的布置 傳

53、動(dòng)軸系通常是由位于同一直線上的軸聯(lián)接起來的，這種位于同一直線上的軸中心線稱為軸線。商船軸線的數(shù)目一般不超過三根。遠(yuǎn)洋貨船往往用一根，一些船速較快、經(jīng)常進(jìn)出港口的客船或集裝箱船往往用兩根。單槳船的軸線布置在縱中剖面上，雙槳船的軸線常對(duì)稱地布置在兩舷。由于機(jī)艙位置的不同，軸線的長度差別很大，尾部機(jī)艙的軸線較短，有的不用中間軸，而使推力軸直接和尾軸相連。船中機(jī)艙的中間軸段數(shù)較多，軸線往往很長，這時(shí)在機(jī)艙和尾尖艙間必須圍成水密的走廊，以使軸系與貨艙分隔開，即軸隧（地軸弄）。軸隧用水密門與機(jī)艙相通，輪機(jī)人員可通過此門進(jìn)入軸隧對(duì)軸系進(jìn)行檢查和維護(hù)管理工作。軸隧高度一般在2米以上（便于更換或修理軸線中的任何

54、部件），尾部設(shè)逃生孔，輪機(jī)人員可由此通道撤離或供上面人員進(jìn)入機(jī)艙實(shí)施各種應(yīng)急措施。圖 2-19 軸系的傾斜角和偏斜角 在主機(jī)位置和螺旋槳的位置確定之后，軸線的位置和長度便可決定。軸線首尾兩個(gè)端點(diǎn)中，前面一個(gè)是主機(jī)功率輸出端法蘭中心，后面一個(gè)是螺旋槳中心。理想的軸線位置最好與船體的龍骨線（基線）平行，而在多軸線時(shí)，軸線還應(yīng)保持與船縱中剖面對(duì)稱。但這種理想的軸線很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗氖孜参恢帽仨毞挠谥鳈C(jī)和螺旋槳的位置。如主機(jī)位置比較高而船舶吃水比較淺時(shí)，為了保證螺旋槳能浸入水下一定距離，有時(shí)不得不使軸線向尾部傾斜一定角度，如圖219（a）所示，圖中即為傾斜角。有些雙槳或多槳船的軸系，為了使螺旋槳槳葉

55、的邊緣離開船的外板并留有一定的空隙，允許軸線在水平投影面上離開船舶縱中垂面偏斜一個(gè)角度，如圖219（b）所示，圖中為偏斜角。當(dāng)軸線出現(xiàn)傾斜和偏斜時(shí)，螺旋槳輸出的推力將受到損失，這一方面是由于此時(shí)螺旋槳推力與船舶運(yùn)動(dòng)方向變得不一致，另一方面，軸傾斜使軸系重量產(chǎn)生方向朝后的軸向分力，抵消了一部分槳的推力。為了使槳的推力不致?lián)p失太多以及保證主機(jī)的工作可靠，一般角不超過5º，角不超過3º。 二、傳動(dòng)軸系的結(jié)構(gòu) 1、中間軸和中間軸承 中間軸位于主機(jī)曲軸（或推力軸）與尾軸之間，承擔(dān)傳遞主機(jī)動(dòng)力的作用，由法蘭和軸構(gòu)成，可整體鍛造或分段焊接成一體，工作軸徑較非工作軸徑一般大520mm。如圖220（a）所示。各中間軸法蘭用螺栓連接。中、小船舶采用加工容易的圓柱形螺栓；大、中型船舶廣泛采用圓錐形緊配螺栓，對(duì)中性好、不易松動(dòng)，但加工較難。對(duì)采用圓柱形連接螺栓的法蘭，其緊配螺栓的數(shù)目應(yīng)不少于總數(shù)的50，對(duì)中、小型船舶也不少于4只，并要求緊配螺栓與其他螺栓相間排列。圖2-20 中間軸和推力軸1-連接法蘭;