четверг, 21 июня 2018 г.

V-образный 12-цилиндровый двигатель В-2

Двигатель В-2 в первоначальном виде провел на массовой военной службе более 20 лет. Отдельные экземпляры на ходу до сих пор. Еще несколько обрели покой в различных музеях.
В-2 — советский V-образный 12-цилиндровый четырёхтактный дизельный танковый двигатель водяного охлаждения со струйным распылением топлива.

Буквенные индексы для машиностроительных производств, введённые правительством СССР в 1930-х гг., стали использоваться в наименовании изделий, разработанных на этих производствах. Индекс «В» был присвоен дизельному цеху Харьковского паровозостроительного завода. Поэтому дизельному двигателю, разработанному и освоенному в этом цехе, было присвоено в 1937 году наименование «В-2». «2» — номер образца, принятого в производство.
Двигатель В-2 разработан в 1931—1939 годах конструкторским коллективом дизельного отдела Харьковского паровозостроительного завода сначала под руководством К. Ф. Челпана, а затем, с 1938 года — под руководством Т. П. Чупахина, его заместителя по проектной работе — Я. Е. Вихмана, заместителя по опытно-производственной работе — И. Я. Трашутина. В конце 20 века большой вклад в создание современных модификаций танкового дизеля В-2 внёс главный конструктор (с 1981 г.) головного КБ по двигателям ЧТЗ — В. И. Бутов.
Одновременно с В-2 в 1930 годах создавался авиадизель АН-1 конструктора А. Чаромского рабочим объёмом 61 литр (12Ч 18/20). Оба дизеля были близки по характеру протекания рабочего процесса, по общей компоновке и ряду конструктивных элементов.

Серийное производство В-2 началось 1 сентября 1939 года. Принят на вооружение РККА в том же году в трёх модификациях: В-2 (500 л.с.), В-2К (600 л.с.) для тяжелых танков КВ и В-2В (375 л.с.).

К началу Великой Отечественной войны Моторостроительный завод 75 освоил пять модификаций дизеля: В-2 (для лёгкого танка БТ-7М и первых серий среднего Т-34), В-2-34 (после модернизации в 1941 г. для Т-34), В-2К (для тяжелых танков КВ-1 и КВ-2), В-2В (для тягача «Ворошиловец») и шестицилиндровый рядный В-4 (для лёгкого танка Т-50). Также есть сведения о довоенном опытном В-5 мощностью до 700 л.с.

Во время войны конструкторами Вихманом и Федотовым для танка ИС был разработан двигатель В-2ИС (520 л.с., опытные варианты были форсированы до 650 л.с.). Одним из его достоинств был электроинерционный стартер, работавший как от электропривода, так и от рукоятки. Был оставлен и дополнительный воздушный пуск.
Осенью 1943 г. в Челябинске началась разработка новых, более совершенных модификаций для тяжёлых танков. Итогом этих работ стал двигатель В-11, послуживший прототипом для всех следующих безнаддувных дизелей В-44, В-54 и др.
Помимо вышеупомянутых серийных были разработаны также несколько опытных модификаций для тяжёлых танков, например, форсированный по оборотам до 700 л.с. В-2СФ и В-2СН с центробежным нагнетателем от авиамотора АМ-38. В-2СН развивал мощность до 850 л.с. и испытывался на танке ИС-3. Впоследствии был доведён и прошёл испытания 750-сильный В-12 с нагнетателем от АМ-38Ф, первый серийный с наддувом.

До Великой Отечественной войны производился только на моторостроительном заводе № 75 (филиале Харьковского паровозостроительного завода), подрядчиками выступали ХТЗ, Челябинский и Кировский (г. Ленинград) заводы.
После начала войны выпускался на Сталинградском тракторном заводе и в Свердловске на заводе № 76. В октябре 1941 года завод № 75 был эвакуирован в Челябинск на площадку ЧТЗ. Туда же переехал Кировский завод. Все они были объединены в огромный Танкоград. Этот завод стал главным производителем В-2 во время войны (около 50 тыс.двигателей, включая двигатели произведённые в Харькове). Позднее, в 1942 г., выпуск В-2 был освоен и на заводе № 77 в Барнауле.

Конструкция

Объём 38,8 л, степень сжатия 14 и 15. 
Номинальная мощность двигателя составляла 450 л.с. при 1750 об/мин, эксплуатационная — 400 л.с. при 1700 об/мин, максимальная — 500 л.с. при 1800 об/мин. 
Масса двигателя - около 1000 кг. 
Диаметр цилиндра 150 мм. 
Ход поршней левой группы 180 мм, правой — 186,7 мм. 
Цилиндры располагались V-образно под углом 60°.

Изначально двигатель разрабатывался для применения в авиации — на тяжёлых бомбардировщиках. Это обстоятельство определило некоторые конструктивные особенности дизеля, нехарактерные для двигателей сухопутных машин, и обусловило весьма высокое техническое совершенство двигателя. Среди них:
  • облегчённая конструкция с широким использованием лёгких сплавов (впрочем, в середине войны из-за недостатка алюминия пришлось на время заменить силумин чугуном);
  • верхнее расположение распределительных валов, по два в каждой головке двигателя (DOHC);
  • 4 клапана на цилиндр;
  • сухой картер;
  • непосредственный впрыск топлива, струйное смесеобразование;
  • привод всех агрегатов и систем двигателя посредством конических зубчатых передач и промежуточных наклонных валов;
  • использование стальных шпилек в качестве основного силового элемента для стягивания головки, блока цилиндров и картера.
Однако довести мощность до требований авиаторов (1000—1500 л.с.) даже путём применения наддува не удалось, и конструкция двигателя была откорректирована для установки на танки.

Семейство двигателя В-2

Двигатель В-2 является родоначальником целого семейства быстроходных дизелей. Кроме 12-цилиндровых серийных модификаций В-2 (В-2К и В-2В) до войны была также освоена и «половинка» от двенадцатицилиндрового дизеля под обозначением В-4, но её история сложилась не очень удачно. В 1941 г. В-2 был модернизирован и получил название В-2-34. Во время войны разработаны и начали выпускаться В-2ИС (он же В-2-10), В-2-34М (он же В-34), В-2-44 (он же В-44) и В-11-ИС-3.

В 1945—1946 под руководством Я. Вихмана в СКБ-75 (моторном КБ при ЧТЗ) была закончена доводка В-12, предназначавшегося для танка ИС-4. С 1949 по 1950 годы для другого тяжёлого танка, Т-10, разрабатывался 700-сильный мотор В-12-5 (А-5), в котором, в частности, использовался нагнетатель от АМ-42, некоторое новшества которого были использованы в 1950 году при модернизации двигателя до В-12М. В 1953 году заменой генератора с трёхкиловаттного на пятикиловаттный был создан двигатель В-12-5Б (А-5Б), пошедший в серию в 1956 году. Более серьёзная модернизация прошла в 1954, когда был разработан В-12-6Б (А-6Б), через три года пошедший в серию. Модификация с более мощным на 1,5 кВт генератором получила индекс В12-6В (А-6В) и была запущена в серийное производство на следующий год, необходимость этого была вызвана повышенным энергопотреблением новых стабилизаторов.
Двигатель В12-6. Вид со стороны носка: 1 — водяной насос; 2 — лапа крепления двигателя; 3 — масляный фильтр
Двигатель В12-6. Вид со стороны носка:
1водяной насос; 2лапа крепления двигателя; 3масляный фильтр

Двигатель В12-6. Вид со стороны нагнетателя: 1 — топливный фильтр тонкой очистки; 2 — нагнетатель; 3 — топливный насос БНК-12ТК; 4 — трубопровод для подвода масла в гидромуфту; 5 — гидромуфта при¬вода генератора; 6 — трубопровод для отвода масла из гидромуфты; 7 — генератор; 8 — коллектор распределения охлаждающей жидкости по цилиндрам
Двигатель В12-6. Вид со стороны нагнетателя:
1топливный фильтр тонкой очистки; 2нагнетатель; 3топливный насос БНК-12ТК; 4трубопровод для подвода масла в гидромуфту; 5гидромуфта при­вода генератора; 6трубопровод для отвода масла из гидромуфты; 7 — генератор; 8коллектор распределения охлаждающей жидкости по цилиндрам
Помимо повышения характеристик серийной продукции ЧТЗ проводились и опытно-конструкторские работы, результатом которых стали эскизный проект 850-сильного В-7 в 1954 году и В12-7 (А-7) мощностью 1000 л.с. в 1956. Последний в 1959 году испытывался в тяжёлом танке Объект 770 и макете ракетного танка Объект 282. Тогда же из-за неполадок трансмиссии и ходовой провалил испытания опытный Т-10М (Объект 272) с 800-сильным двигателем В12-6Ф (А-6Ф). Наконец, в 1962—1963 гг. проводились опыты с многотопливным В-12-6БМ.

На протяжении нескольких десятилетий после войны кроме дизелей В-12 семейство пополнилось танковыми двигателями В-45, В-46, В-54, В-55, В-58, В-59, В-84, В-85, В-88, В-90, В-92, В-92С2Ф (В-93) и их различными модификациями, как серийными, выпускавшимися в основном на ЧТЗ, так и опытными.
580-сильный двигатель В-55В применялся на танках Т-62, производимых с 1961 по 1975 год. Всего выпущено порядка 20 000 машин — самих танков и различной техники, созданной на их базе
580-сильный двигатель В-55В применялся на танках Т-62, производимых с 1961 по 1975 год. Всего выпущено порядка 20 000 машин — самих танков и различной техники, созданной на их базе
Двигатель В-46 применен на средних танках Т-72, принятых на вооружение с 1973 года. Благодаря системе наддува снимали 780 л.с.
Двигатель В-46 применен на средних танках Т-72, принятых на вооружение с 1973 года. Благодаря системе наддува снимали 780 л.с. 
На базе двигателя В-2 во второй половине 40-х годов — в начале 50-х были созданы и освоены на Барнаултрансмаше облегченные быстроходные дизели для различных отраслей народного хозяйства — сначала шестицилиндровые Д6, а потом и 12-цилиндровые Д12. Дефорсированный Д6 получил широкое распространение на речных судах.

Двигатель 3Д6 устанавливался на:
  • буксирные катера проекта 1606 «Костромич» (как 3Д6, так и 3Д6Н)
  • речные трамваи «Москвич»
  • речные трамваи «Москва»
  • буксиры БМ, БВ;
  • служебно-разъездные катера проектов 371 «Адмиральский» и 376 «Ярославец»
Двигатель 3Д12 устанавливался на:
  • буксиры ЛС-56А,
  • РТ проекта 911А и, позже, для отдельных речных бассейнов на суда проекта 911В;
  • судно на воздушной подушке «Луч» (форсированный до 520 л.с.).
Модификация 1Д6 применялась на тепловозе ТГК2, дрезине ДГК (широкой колеи), а 1Д12-применялась на большегрузных автомобилях МАЗ-525 и МАЗ-530, тепловозах ТУ2, ТУ7 железных дорог узкой (750 мм) колеи, тепловозах ТГМ1, ТГМ23, ТГМ40 нормальной (1520 мм) колеи. Также применялся в ВС СССР и РФ как привод генератора переменного тока АД-100 (100 кВт).

На тракторе ДЭТ-250 сначала стоял двигатель этого семейства В-748, позже В-30, В-31. На гусеничном тягаче высокой проходимости АТ-Т, а также инженерных машинах, созданных на его шасси (МДК-2, БАТ-М, БТМ-3) устанавливались двигатели А-401 и В-401. На инженерной машине разграждения ИМР, созданной на основе Т-55 стоял двигатель В-55.

На базе двигателей семейства В-2 в конце 50 г. — начале 60 г. на Барнаултрансмаше под руководством главного конструктора Б. Г. Егорова было создано новое поколение танковых двигателей — УТД (универсальный танковый дизель). При этом была сохранена в основном технологическая преемственность с производством двигателей В-2 (Д-12). В частности такие важные показатели, как расстояние между осями цилиндров (175 мм) и диаметр цилиндров (150 мм) одинаков с В-2. Первым в серию в 1965 году запущен шестицилиндровый УТД-20 с уменьшенной (в сравнении с В-2) высотой за счёт увеличенного до 120° угла развала цилиндров и размерности 15/15 мощностью 300 л.с. для БМП-1 и БМП-2. Вариант для БМД-1 и БМД-2 мощностью 240 л.с. при более низких оборотах получил обозначение Д-20. Для БМП-3 в конце 80 годов был разработан десятицилиндровый УТД-29.

Наследником В-2 также является новое поколение X-образных четырёхтактных танковых дизелей производства ЧТЗ семейства 2В размерности 15/16. Первенцем этого семейства в серии стал шестицилиндровый (половинка от Х-12) «боксёр» 2В-06 для БМД-3 и БТР-90.

Разработанные в основе своей в 30-х годах дизели Д12 и В-2 даже по состоянию на начало XXI века характеризуются высокими удельными параметрами, их удельная масса составляет всего 2,05 кг/л.с., а удельный расход топлива — 165 г/л.с.·ч. Недостатки же обусловлены главным образом технологическими и иного характера ограничениями, имевшимися на момент разработки двигателя и его постановки в производство, в частности:
  • неэффективная работа маслосъёмных колец устаревшей конструкции — как следствие, большой расход масла на угар — 20 г/л.с.·ч;
  • сложная схема приводов распределительных валов, содержащая большое количество механических передач (в 1930-х годах ещё не существовало приводных цепей, способных работать на высоких скоростях) — как следствие — повышенный уровень шума, низкий ресурс, сложность в обслуживании;
  • сложный сборный коленвал, стоимость которого составляет около 30 % от всего двигателя — в 1930-х годах ещё не существовало способов объёмной штамповки столь крупных деталей;
  • неэффективная система электростартерного пуска (низкий КПД стартера СТ-712, неоптимальное передаточное число);
  • высокая скорость роста давления на поршневую группу (так называемая жесткость работы двигателя), ведущая к уменьшению общего ресурса. Причина этого в не совсем эффективном смесеобразовании, которое обусловлено в большой мере выбранной формой камеры сгорания, количеством сопловых отверстий и некоторыми другими деталями;
  • отсутствие совместной балансировки коленчатого вала и маховика, не позволяет существенно увеличить ресурс.
Сборка и настройка двигателя с использованием малоквалифицированной рабочей силы приводила к браку в производстве, в особенности в первые военные месяцы. Из-за отсутствия качественной регулировки клапанов, сложной многошестерневой конструкцией передачи с маховика на ГРМ, весьма частым происшествием становилась встреча клапанов с поршнями. Двигатели первых выпусков не всегда могли наработать нормативные 50 мото/часов даже в стендовых условиях; при этом конструкция, при всей своей сложности, всё же обеспечивала высокую ремонтопригодность, вплоть до переборки мотора в полевых условиях.
Тем не менее, за долгие годы серийного выпуска дизелей В-2, Д12 и Д6 их конструкция, несмотря на появление новых материалов и технических решений, позволяющих сравнительно легко устранить указанные недостатки, практически не претерпела изменений.

Технические характеристики двигателей В-2


Двигатель
В-2
В-2К
Год выпуска
1939
Тип
Танковый, быстроходный, бескомпрессорный, с непосредственным впрыском топлива
Число цилиндров
12
Диаметр цилиндров, мм
150
Ход поршня, мм:

– основного шатуна
– прицепного шатуна

180
186,7
Рабочий объём, л
38,88
Степень сжатия
14 и 15
15 и 15,6
Мощность, кВт (л.с.), при мин–1
368 (500) при 1 800
442 (600) при 2 000
Максимальный крутящий момент Нм (кгс·м) при 1 200 мин–1
1 960 (200)
1 960 (200)
Минимальный удельный расход топлива, г/кВт·ч, (г/л.с.·ч)
218 (160)
231 (170)
Габариты, мм
1 558х856х1 072
Масса (сухая), кг
750

Источник: