Цилиндр двигателя Д-21 трактора Т-25: устройство, размеры, охлаждение и особенности

Введение

Цилиндр двигателя Д-21 является одной из основных деталей цилиндро-поршневой группы. Он образует рабочую поверхность, внутри которой перемещается поршень, воспринимает воздействие газов при сгорании топлива и передает возникающие тепловые нагрузки на систему охлаждения. Цилиндр двигателя Д-21 изготовлен из специального чугуна, обладающего высокой износостойкостью. Благодаря этому рабочая поверхность цилиндра способна длительное время сохранять необходимые геометрические размеры при нормальной эксплуатации и своевременном обслуживании двигателя. Особенностью конструкции Д-21 является воздушное охлаждение. Поэтому наружная поверхность цилиндра имеет развитую систему тонких охлаждающих ребер, которые увеличивают площадь теплоотдачи.

---

Материал и конструкция цилиндра

Цилиндр отливается из специального износостойкого чугуна. Выбор материала связан с высокими нагрузками, которые возникают внутри цилиндра во время работы дизельного двигателя. На цилиндр воздействуют:

• высокое давление газов;
• повышенная температура;
• силы трения поршня и поршневых колец;
• переменные механические нагрузки;
• температурное расширение деталей.

Специальный чугун позволяет обеспечить необходимую прочность и устойчивость рабочей поверхности к износу. Внутренняя поверхность цилиндра, называемая зеркалом, имеет высокую точность обработки и чистоту поверхности.

---

Охлаждающие ребра цилиндра

Поскольку двигатель Д-21 имеет воздушную систему охлаждения, на наружной поверхности цилиндра выполнены многочисленные тонкостенные ребра. По всей высоте цилиндра предусмотрено 18 охлаждающих ребер. Основные параметры ребер:

• количество — 18;
• шаг между ребрами — 8 мм;
• толщина ребра у вершины — около 1,5 мм;
• толщина верхнего ребра — около 5 мм;
• толщина нижнего ребра — около 3 мм.

Охлаждающие ребра увеличивают площадь контакта поверхности цилиндра с потоком воздуха. Чем больше площадь теплообмена, тем эффективнее отводится тепло от цилиндра.

---

Почему высота ребер отличается

Конструкция охлаждающих ребер цилиндра Д-21 имеет важную особенность — их высота по окружности цилиндра выполнена неодинаковой. Это сделано для того, чтобы обеспечить максимально равномерное охлаждение. Со стороны вентилятора на цилиндр поступает сравнительно холодный воздух, поэтому здесь ребра имеют меньшую высоту. На противоположной стороне воздух уже нагрет, поэтому для компенсации снижения эффективности теплоотдачи ребра выполнены более высокими. Таким образом, изменение высоты ребер по окружности позволяет более равномерно распределять охлаждение цилиндра.

---

Особенности передней и задней частей цилиндра

Высота охлаждающих ребер также уменьшается с передней и задней сторон двигателя. Основная причина такого решения — необходимость уменьшить общие габариты силового агрегата. При проектировании двигателя важно было совместить эффективное воздушное охлаждение с компактными размерами. Поэтому форма ребер оптимизирована не только с точки зрения теплоотдачи, но и с учетом компоновки двигателя.

---

Вырезы под анкерные шпильки

В угловых частях цилиндра по вертикали охлаждающие ребра отсутствуют. Вместо них выполнены специальные вырезы. Они предназначены для размещения анкерных шпилек, которыми цилиндры и головки цилиндров крепятся к блок-картеру двигателя. Такое конструктивное решение позволяет разместить силовые элементы крепления непосредственно рядом с цилиндрами, не нарушая работу системы воздушного охлаждения.

---

Опорный фланец цилиндра

В нижней части цилиндра расположен специальный опорный фланец. Он обеспечивает правильное положение цилиндра при установке в блок-картер. Поверхность корпуса ниже фланца подвергается механической обработке. Именно эта часть цилиндра устанавливается в расточенное посадочное отверстие блок-картера. Точность посадки имеет большое значение для правильной установки цилиндра и надежной работы всей цилиндро-поршневой группы.

---

Герметизация соединения цилиндра с блок-картером

При установке цилиндра в блок-картер между опорным фланцем и сопрягаемой поверхностью используется прокладка из медной фольги толщиной 0,3 мм. Прокладка обеспечивает необходимую герметичность соединения. При сборке необходимо следить за состоянием:

• опорной поверхности цилиндра;
• посадочного места блок-картера;
• медной прокладки;
• отсутствием загрязнений;
• отсутствием повреждений сопрягаемых поверхностей.

Даже небольшие частицы грязи между деталями могут привести к нарушению правильной посадки цилиндра.

---

Плавный переход к опорному фланцу

Конструкция цилиндра предусматривает плавный переход от ребристой стенки к опорному фланцу. Переход выполнен с радиусом примерно 18 мм. Такое решение имеет сразу несколько преимуществ. Во-первых, оно увеличивает жесткость нижней части цилиндра. Во-вторых, плавный переход уменьшает концентрацию механических напряжений. При резком переходе от одной поверхности к другой напряжения могут концентрироваться в ограниченной зоне, что увеличивает вероятность появления трещин при длительной эксплуатации. Поэтому закругленный переход является важным конструктивным элементом цилиндра Д-21.

---

Верхняя часть цилиндра

Верхний торец цилиндра имеет две кольцевые лабиринтные канавки. Они предназначены для улучшения уплотнения соединения между цилиндром и головкой. Лабиринтная форма сопряжения препятствует прорыву газов и помогает обеспечить надежную работу соединения в условиях высокой температуры и давления. При ремонте необходимо внимательно проверять состояние верхнего торца цилиндра и соответствующих уплотняющих поверхностей.

---

Зеркало цилиндра

Внутренняя рабочая поверхность цилиндра называется зеркалом. Именно по этой поверхности перемещается поршень с установленными на нем поршневыми кольцами. Зеркало цилиндра Д-21 специально не подвергается закалке. Это связано с тем, что цилиндр изготовлен из специального чугуна, который обладает высокой естественной износостойкостью. Рабочая поверхность обрабатывается с высокой точностью и имеет необходимую степень чистоты. Качество обработки зеркала непосредственно влияет на:

• компрессию двигателя;
• расход масла;
• ресурс поршневых колец;
• расход топлива;
• мощность двигателя;
• дымность выхлопа.

---

Размерные группы цилиндров Д-21

Для обеспечения требуемого рабочего зазора между цилиндром и поршнем цилиндры сортируются по внутреннему диаметру на три размерные группы. Используются следующие обозначения:

• Б — большая размерная группа;
• С — средняя размерная группа;
• М — малая размерная группа.

В исходной технической документации размеры приводятся с соответствующими полями допусков. При подборе цилиндра и поршня необходимо учитывать не только номинальный размер, но и принадлежность деталей к соответствующей размерной группе. Это позволяет обеспечить правильный рабочий зазор между поршнем и зеркалом цилиндра.

---

Маркировка размерной группы

Обозначение размерной группы наносится непосредственно на цилиндр. Маркировка выбивается на специально обработанной наружной поверхности в нижней части детали. По этой маркировке можно определить, к какой размерной группе относится конкретный цилиндр. При ремонте двигателя маркировку необходимо учитывать при подборе поршней и других деталей цилиндро-поршневой группы. Не следует ориентироваться исключительно на визуальный осмотр или номинальный размер — при капитальном ремонте необходим контроль фактических размеров измерительным инструментом.

---

Износ цилиндра Д-21

Несмотря на высокую износостойкость специального чугуна, цилиндр постепенно изнашивается. Основные причины износа:

• длительная эксплуатация;
• недостаточная смазка;
• загрязненное моторное масло;
• попадание абразивной пыли;
• износ воздушного фильтра;
• повреждение или залегание поршневых колец;
• перегрев двигателя;
• нарушение режима эксплуатации.

Рабочая поверхность цилиндра изнашивается неравномерно. Наибольшая нагрузка приходится на зоны, где поршень и кольца работают наиболее интенсивно.

---

Основные признаки износа цилиндра

На необходимость проверки цилиндро-поршневой группы могут указывать:

• снижение компрессии;
• увеличение расхода моторного масла;
• появление сизого дыма;
• падение мощности двигателя;
• ухудшение запуска;
• повышенный расход топлива;
• появление характерного стука поршневой группы;
• повышенное давление картерных газов.

Однако перечисленные признаки могут быть связаны не только с цилиндром, но и с поршнями, кольцами, клапанами или другими узлами. Поэтому окончательное решение о состоянии цилиндра принимается после измерений.

---

Проверка цилиндра при ремонте

Перед установкой цилиндра необходимо тщательно проверить его техническое состояние. Проверяются:

1. внутренний диаметр;
2. износ зеркала;
3. овальность;
4. конусность;
5. состояние верхнего торца;
6. состояние лабиринтных канавок;
7. состояние нижнего посадочного пояска;
8. опорный фланец;
9. охлаждающие ребра;
10. наличие трещин;
11. чистота рабочей поверхности;
12. соответствие размерной группе.

Для точной оценки состояния цилиндра используются измерительные инструменты. Простого визуального осмотра недостаточно, поскольку значительный износ может быть незаметен без измерения геометрии.

---

Состояние охлаждающих ребер

При обслуживании двигателя необходимо уделять внимание наружной поверхности цилиндра. Ребра должны быть чистыми и свободными от:

• грязи;
• масла;
• пыли;
• растительных остатков;
• нагара;
• других загрязнений.

Загрязнение ребер снижает эффективность воздушного охлаждения. Поскольку двигатель Д-21 не имеет жидкостной системы охлаждения, исправность воздушного потока имеет особенно большое значение. Перегрев может привести к ухудшению состояния цилиндро-поршневой группы и ускоренному износу двигателя.

---

Что делать при повреждении ребер

Охлаждающие ребра являются частью конструкции цилиндра и не должны подвергаться грубому механическому воздействию. При обслуживании нельзя без необходимости деформировать тонкие ребра. Сломанные или сильно поврежденные ребра ухудшают теплоотдачу. Если цилиндр имеет серьезные повреждения, трещины или значительные дефекты посадочных поверхностей, необходимо оценить возможность его дальнейшего использования.

---

Особенности замены цилиндра

При замене цилиндра необходимо правильно подобрать деталь по размерной группе. Также следует проверить:

• соответствие цилиндра двигателю;
• состояние зеркала;
• размерную группу;
• состояние посадочной поверхности;
• исправность фланца;
• состояние охлаждающих ребер;
• чистоту масляных поверхностей;
• состояние уплотнения.

Перед установкой цилиндра посадочное место в блок-картере необходимо очистить. Медная прокладка должна соответствовать предусмотренной толщине и быть установлена без перекосов.

---

Связь цилиндра с поршневой группой

Цилиндр работает в непосредственном контакте с поршнем и поршневыми кольцами. Поэтому ресурс цилиндра зависит от состояния всей поршневой группы. Если поршневые кольца изношены, повреждены или залегли, увеличивается расход масла и ухудшается герметичность камеры сгорания. В свою очередь, чрезмерный износ зеркала цилиндра приводит к увеличению рабочего зазора и снижению эффективности работы двигателя. По этой причине при капитальном ремонте необходимо оценивать цилиндр, поршень и кольца как единую систему.

---

Таблица основных элементов цилиндра Д-21

Элемент	Назначение	Особенности
Корпус цилиндра	Формирование рабочей камеры	Специальный износостойкий чугун
Зеркало	Направление движения поршня	Высокая точность обработки
Охлаждающие ребра	Отвод тепла	18 ребер
Шаг ребер	Расстояние между ребрами	8 мм
Толщина вершины ребра	Конструктивный параметр	Около 1,5 мм
Верхнее ребро	Охлаждение	Толщина около 5 мм
Нижнее ребро	Охлаждение	Толщина около 3 мм
Опорный фланец	Фиксация цилиндра	Расположен снизу
Посадочная поверхность	Установка в блок-картер	Обработанная поверхность
Медная прокладка	Герметизация	Толщина 0,3 мм
Переход к фланцу	Увеличение жесткости	Радиус около 18 мм
Лабиринтные канавки	Улучшение уплотнения	2 кольцевые канавки
Вырезы	Размещение шпилек	В угловых частях
Маркировка	Определение размерной группы	В нижней части цилиндра

---

Размерные группы цилиндров

Группа	Обозначение	Назначение
Большая	Б	Подбор соответствующего поршня
Средняя	С	Подбор соответствующего поршня
Малая	М	Подбор соответствующего поршня

При подборе деталей необходимо учитывать фактические размеры конкретного цилиндра и поршня. Поля допусков и ремонтные размеры следует сверять с руководством по ремонту конкретной модификации двигателя Д-21.

---

FAQ — 15 вопросов и ответов

1. Из какого материала изготовлен цилиндр Д-21?

Цилиндр изготовлен из специального чугуна, обладающего повышенной износостойкостью.

2. Сколько охлаждающих ребер имеет цилиндр Д-21?

На наружной поверхности цилиндра предусмотрено 18 охлаждающих ребер.

3. Какой шаг между ребрами цилиндра?

Расстояние между охлаждающими ребрами составляет около 8 мм.

4. Почему ребра имеют разную высоту?

Разная высота ребер позволяет компенсировать изменение температуры воздушного потока и обеспечить более равномерное охлаждение цилиндра.

5. Почему со стороны вентилятора ребра ниже?

Со стороны вентилятора на цилиндр поступает более холодный воздух, поэтому для эффективного теплообмена не требуется такая большая площадь ребер, как на противоположной стороне.

6. Для чего сделаны вырезы в ребрах?

Вырезы в угловых частях цилиндра предназначены для размещения анкерных шпилек крепления цилиндров и головок.

7. Для чего нужен опорный фланец?

Фланец обеспечивает правильное положение цилиндра при установке в блок-картер.

8. Какая прокладка устанавливается под фланец цилиндра?

Используется прокладка из медной фольги толщиной 0,3 мм.

9. Зачем между стенкой цилиндра и фланцем сделан радиус?

Плавный переход с радиусом около 18 мм увеличивает жесткость детали и снижает концентрацию механических напряжений.

10. Что такое зеркало цилиндра?

Зеркалом называется внутренняя рабочая поверхность цилиндра, по которой перемещается поршень.

11. Закаляется ли зеркало цилиндра Д-21?

Нет. Дополнительная закалка не требуется, поскольку цилиндр изготовлен из специального износостойкого чугуна.

12. Сколько размерных групп имеют цилиндры Д-21?

Цилиндры разделены на три размерные группы: большую Б, среднюю С и малую М.

13. Где находится маркировка размерной группы?

Обозначение размерной группы нанесено на обработанной наружной поверхности в нижней части цилиндра.

14. Как определить износ цилиндра?

Точно определить состояние можно только после измерения внутреннего диаметра и проверки овальности, конусности и других параметров. Визуального осмотра недостаточно.

15. Почему важно очищать ребра цилиндра?

Грязь и масляные отложения ухудшают отвод тепла и снижают эффективность воздушного охлаждения. Это может стать причиной перегрева двигателя.

---

Заключение

Цилиндр двигателя Д-21 трактора Т-25 является высоконагруженной деталью цилиндро-поршневой группы. Он изготовлен из специального чугуна и рассчитан на работу при высоких температурах, давлении и значительных механических нагрузках. Главной особенностью цилиндра является развитая система воздушного охлаждения. На наружной поверхности выполнено 18 тонкостенных ребер, причем их высота изменяется в зависимости от расположения относительно вентилятора. Такое решение позволяет более равномерно отводить тепло от рабочей поверхности. В нижней части цилиндра находится опорный фланец, обеспечивающий его правильную установку в блок-картер. Для герметизации соединения используется медная прокладка толщиной 0,3 мм. Внутренняя поверхность цилиндра — зеркало — имеет высокую точность обработки. Благодаря специальному чугуну дополнительная закалка рабочей поверхности не требуется. При ремонте двигателя необходимо учитывать размерную группу цилиндра и правильно подбирать сопряженный поршень. Также следует проверять износ зеркала, овальность, конусность, состояние посадочных поверхностей и охлаждающих ребер. Правильное охлаждение, качественная смазка и своевременная диагностика цилиндро-поршневой группы позволяют значительно увеличить ресурс двигателя Д-21 и обеспечить надежную работу трактора Т-25.