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苏联УТД-20柴油机
2016-07-16 10:47:11 来源: 作者: 【 】 浏览:191次 评论:0


国别
苏联
名称
УТД-20柴油机
 УТД-20 Дизельный Мотор
研制单位
苏联
 SU
生产单位
苏联
 SU
现状
生产
装备情形
БМП-1步兵战车、БМП-2步兵战车、БМД伞兵战车

概述

 30年代末B2系列柴油机作为苏联坦克战车发动机以来,虽然在设计上进行了很多改进,其中包括几次大的改进,并发展了几十种变型机,但对其基本构造未作过重大修改,功率提高受到限制,因而不能满足现代坦克和装甲车辆机动性的要求。
 影响B2柴油机功率提 高的主要因素,不是排量小,而是构造强度低。
 为了继承B2柴油机排量大、体积小、构造紧凑、重量轻、单位体积功率高等优点,克服它构造强度不足的主要缺点,苏联设计研制了УТД-20柴油机。
 该柴油机与B2柴油机相比,V型夹角由60°改为120°,活 塞行程由180mm改为150mm,而缸径(150mm)和缸心距(176mm)仍维持不变。由于该柴油机维持了B2柴油机的2个基本构造参数,所以可看作是B2系列中的一个新的变型机。
 该柴油机在性能指标和技术上比B2柴油机有较多的优越性,最分明的优点是发动机总高度较低,可使车辆高度降低,车体总吨位减小,从而提高战车的战术性能,比较适合于步兵战车和一些变型车。
 从单位体积功率看,该柴油机的非增压机为317kW/m3(430马力/m3),相当于B-62柴油机的水平。
 该柴油机易于实现系列化,发展V6、V8和V12等不同缸数的机型,系列化后的功率范围可达147~735kW(200~1000马力)。
 该柴油机研制成功以后 ,于1970年作为苏联БМП-1步兵战车和БМД伞兵战车的动力装置。

构造特点

 该柴油机在B2柴油机基础上进行了较大的改进,其设计特点如下:

   1.采用6缸V型120°夹角的总体布置

 由B2柴油机V型气缸夹角60°改为120°,使发动机的总高度由900mm降为751mm,降低了约150mm,从而提高了车辆的生存力。
 采用60°气缸夹角 ,难以实现不同缸数发动机的系列化,而该柴油机的气缸夹角改为120°,便于发展V型12缸和V型8缸系列产品。

   2.采用行程/缸径=1的短行程

 由B2柴油机的活塞行程180mm改为150mm,故行程/缸径=1,属于短行程柴油机。其优点是,在活塞均分速度基本维持不变的条件下,转速可由2000r/min提高到2600r/min,因而可达到提高升功率的目的。由于缩短了活塞行程,使曲轴的连杆轴颈与主轴颈的重叠度增长,其重叠度达52mm,因而大大提高 了曲轴的刚度和强度。

   3.采用叉形连杆

 采用叉形连杆的优点是,由于连杆长度缩短了,可缩小柴油机外廓尺寸;同时消除了副连杆对主连杆产生的附加应力以及左右排气缸中活塞运动规律的不一致性。
 叉形连杆的缺点是,叉头的强度和刚度都比较低,而且构造复杂,加工工艺要求较高,成本昂贵,装配工艺复杂。

   4.采用隧道式联身机体

 B2柴油机采用分开的机体构造,上曲轴箱、气缸体与气缸盖是分开的,而该柴油机采用上、下曲轴箱、气缸体和飞轮壳4部分组成的整体联身机体,从而使机体面纵向平面的弯曲刚度和绕曲轴轴线的扭转刚度均显著增强。这种联身机体解决了B2柴油机在进一步强化所碰到的机体刚度不足,曲轴箱显现裂纹、主轴承变形等问题。

   5.采用圆盘式带滚柱轴承的整体曲轴

 该柴油机采用圆盘式曲轴,主轴承为滚柱轴承。圆盘式曲轴的主轴颈直径增大的169mm,使连杆轴颈与主轴颈的重叠度增长到52mm,其强度与刚度比B2柴油机曲轴显著提高。

   6.采用改进的浅盆形直接喷射式燃烧室

 B2柴油机的燃烧室是浅ω型,底深为19.5mm,而该柴油机采用浅盆型,盆底深7.5mm。浅盆型燃烧室受热面积小,可减轻活塞的热负荷。
 活塞顶部和第一环槽处进行低温硬质阳极化处理。硬质氧化铝层的硬度很高,而且导热系数只是铝的1/3,因此与原B2柴油机活塞相比,提高了耐磨性和耐腐蚀性,还可以减少活塞的传热量,降低发动机热负荷。

   7.采用与B2柴油机基本相同的气缸盖与配气系统

 该柴油采用三缸一盖的铝气缸盖,其基本形式与B2柴油机相同。配气系统仍采用B2柴油机的顶置凸轮轴与顶置进排气门构造。
 缸盖燃烧室部分的下平面基本是平的,只有不大的凹陷。进气管仍为冲压件,但排气管则由冲压件改为铸铁件,其中插入1个不锈钢的圆形衬管,大大减少了排气管的热辐射与变形。气缸盖上的排气口改为圆形,便于密封。

   8.采用平齿轮、后传动的驱动机构

 B2柴油机采用直齿圆锥齿轮和前传动的驱动机构,整个驱动机构由曲轴自由端即扭振振幅最大的部位传出,因而所受扭振的影响很大。而该柴油机采用后传动,曲轴功率输出端附近的扭振振幅最小,齿轮传动安装在飞轮附近,具有分明的优越性。而且喷油提前角和配气相位的准确性得到提高,这对柴油机的性能有肯定的好处。
 该柴油机采用直齿圆柱齿轮传动,其优点是构造坚固,可靠性好;制造简单,成品合格率高,造价低廉;可以使用普通磨齿机加工。

   9.采用喷油提前角自动调节装置

 该柴油机采用机械液压式喷油提前角自动调节装置,以保证随转速的改变得到最佳的喷油提前角。该调节装置在曲轴转速为1200r/min时开始起作用,初置角为上止点前24~27°(静态),随着曲轴转速增长,喷油提前角调节范围是1.6~7.4°曲轴转角。这对高转速时柴油机功率和燃油消耗率均起良好的作用。
 在供油系统方面,该柴油机采用活塞式输油泵取代B2柴油机的旋板式输油泵,直接装在喷油泵体上,由其凸轮轴上的偏心轮驱动。喷油泵由立式改为水平卧式,出油阀的开启压力比B2柴油机增大了8.6倍,以改进喷雾质量。

   10.采用高温冷却系统

 该柴油机采用了较B46发动机更好的高温冷却系统,进一步提高了车辆的耐过热性能和发动机的热效率。
 此外,在供油、润滑、冷却、起动系统和零部件构造方面进行了一些改进,性能和可靠性比B2柴油机有所提高。
 该机的设计布置考虑了便于维护保养问题。机油滤和柴油滤安装在柴油机机体的V型夹角内,打开车体的上甲板手可以拆卸,维护保养方便。喷油器可以从气缸盖罩上的小盖口中取出来。喷油泵安装在V型夹角内,在它上面只有一些电线和操纵杆,所以在车上也可以比较方便地拆装、检查和保养。
   机油 泵和水泵联轴组件可以从车体下部窗口进行检查、调整和拆装。发电机和起动电机布置在柴油机的左下侧,可以从车体驾驶室侧窗进行检查,调整和拆装。
 该柴油机虽然在结 构设计上比B2已有很大的改进,但还存在一些缺点,主要是:

   1.机油消耗率高

 机油消耗率达16~19k/kW·h(12~14g/马力·h),这是由于活塞组的油环性能太差,气缸套变形太大(椭圆度和锥度达到0.08~0.12mm),以及活塞裙部间隙大(达0.5mm左右)等因素造成的。

   2.比重量大

 比重量为3.32kg/kW(2.24kg/马力),比B-54柴油机大了约0.9kg/kW(0.66kg/马力),增长了38%。这是由于隧道式机体、圆盘式带滚柱轴承的整体曲轴、以及电动机和发电机等附件比较重的缘由。

   3.压缩比较大

 压缩比为16.5~17,燃烧过程比较蛮横,气缸最高爆发压力Pz达到7.84~8.13MPa(80~83kgf/cm2),使运动件承受的机械负荷比较大,噪声高达128~130dB。

   4.二阶惯性力矩未平衡

 柴油机的振动比较大。

性能数据

 型号       УТД-20
 类型
  冲程      4
  缸数及排列   6V120°
  冷却方式    水冷
  燃烧室型式   直接喷射式
  燃料种类    柴油
  增压方式    非增压
  有无中冷    无
 缸径/行程     150mm/150mm
 总排量      15.9L
 压缩比      16.5~17
 标定功率     215kW
 标定转速     2600r/min
 最大扭矩     980N·m
 最大扭矩转速   1500r/min
 扭矩储备系统   1.25
 均分有效压力   0.625MPa
 活塞均分速度   13m/s
 升功率      13.55kW/L
 燃油消耗率(标定) 238g/kW·h
 燃油消耗率(最低) 231g/kW·h
 机油消耗率    16~19g/kW·h
 外形尺寸
  长       789mm(未计局部突出75mm)
  宽       1152mm
  高       751mm
 单位体积功率   317kw/m3
 重量       716kg
 比重量      3.32kg/kW
 紧凑性系数    23.4
 大修期      50 0h
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Tags:活塞运动 不锈钢 冲压件 柴油机 责任编辑:admin
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