книги из ГПНТБ / Ливенцев, Ф. Л. Двигатели со сложными кинематическими схемами. Кинематика, динамика и уравновешивание

опережения А для поршня выпуска; при этом можно варьировать площадями Fз и Fi диаграммы 3 за счет общей ширины окон выпуска и продувки. Площадь F,1становится-при этом полезной, так как она используется для повышения начального давления сжатия ра. Поясним это примером.

П р и м е р 1. Допустим, что двигатель с противоположно движущимися поршнями имеетдва коленчатых вала и одинако­ вый ход рабочих поршней, управляемых кривошипами а и b (рис. 3), и что при их синхронном движении продувка обеспечи­

для поршня выпуска (диаграммы 1 н 3), что позволяет уменьшить высоту выпускных окон до 0,115, приводит к ликвидации не­ производительных потерь продувочного воздуха, к увеличению коэффициента наполнения и степени последующего расширения <5, т. е. к увеличению общего полезного хода рабочих поршней при­ близительно на 4,3%;

Как было сказано ранее,- введение угла опережения А при­ водит к изменению некоторых параметров рабочего процесса, полученных в предварительном расчете, что требует их коррек­ тировки, а также определения исходных данных для построения индикаторных диаграмм для опережающего и отстающего порш­ ней. Эту задачу можно решить графоаналитическим методом, который рассмотрен ниже. .

П р и м е р 2. Рассмотрим графическое изображение сдвига фаз рабочих поршней, представленное на рис. 4, для кривошипно­ шатунного механизма двигателя с противоположно движущимися поршнями, имеющего два коленчатых вала. Диаметр рабочего цилиндра D = 140 мм; ход верхнего поршня, управляющего окнами выпуска, 5 ' =.140 мм; ход нижнего поршня, управляю­

предельный угол, который присущ двигателям «Нэпир-Дэлтик» вследствие особенностей схемы их кривошипно-шатунного меха­ низма).

Для построения графиков путей рабочих поршней в зависи­ мости от углов ос поворота их кривошипов воспользуемся диаграм-

данные, произведем необходимые графические построения в еле дующем порядке.

10

Рис. 4. Диаграммы к графоаналитическому анализу сдвига фаз рабочих поршней

11

1. На поле^ис. 4 слева, в удобном масштабе (для многооборот­ ных ДВС— в'масштабе 1 : 1; 2 : 1), на оси хх наносятся размеры рабочего цилиндра с окнами выпуска и продувки с рабочими порш­ нями в их н. м. т. и произвольным объемом Vс камеры сжатия, расположенной симметрично относительно оси уу, перпендикуляр­ ной оси хх.

Для рабочих поршней, имеющих не плоские днища, их пере­ мещения откладываются между верхними и нижними мертвыми точками линий, определяющих равновеликие объемы спрямлен­ ных днищ. Для формы днищ поршней, показанных на рис. 4,

коленчатых валов (в стороны н. м. т.) откладываются эксцентри­ ситеты (в рассматриваемом примере равные 8 и 10 мм) и находятся точки 0( и Оо. Из точек 0[ и О2, как из центров, описываются полуокружности произвольныхрадиусов, меньших R x и R 2. Внутренние полуокружности делятся на равные (одинаковые) числа частей. Через центры 0{ и О2 и точки делений на внутрен­ них полуокружностях проводятся лучи до пересечения с наруж­ ными полуокружностями. Через точки пересечения лучей с на­ ружными полуокружностями проводятся два семейства параллель­ ных оси уу горизонтальных линий.

3. Поле рис. 4 справа от диаграмм Брикса, представляющее по оси уу повороты кривошипов от 0 до 360° , делится на равные части с таким же угловым интервалом, как и полуокружности диаграмм Брикса, причем верхняя часть поля (для опережаю­ щего поршня) смещается влево относительно нижней части поля (для отстающего поршня) на угол А, который в рассматриваемом примере принят равным 20°.

4. На верхней и нижней -частях поля находим точки пересе­ чения горизонтальных линий с вертикальными для соответствен­ ных углов поворотов каждого кривошипа, которые соединяются плавными линиями, представляющими собой перемещения ра­ бочих поршней в зависимости от углов поворота их кривошипов. На полученных таким образом графиках перемещений рабочих поршней заштрихованные площадки представляют собой диаграммы

соответствовать моменту закрытия продувочных окон и положе­ нию рабочих поршней: опережающего-— 62° и отстающего—■ 42° за их и. м. т., т. е. опережающий поршень закрывает выпуск­ ные окна за 10° до момента закрытия отстающим поршнем про­ дувочных окон. Конец расширения и начало выпуска будет за

1 2

53°, а начало продувки — за 43° до прихода поршней в их и. м. т. Опережение открытия выпускных, окон относительно момента начала продувки будет составлять —30° по углу поворота отстаю­ щего кривошипа. Рассмотренный пример является одним из ва­ риантов, которые могут быть осуществлены, если изменять угол А

ивысоты окон.

5.Метод нахождения на диаграмме перемещения поршней значений степеней предварительного р

ипоследующего б расширения, конечного давления расширения р ь, а также построения индикаторных диаграмм у ДВС с противоположно движущимися поршнями, имеющих сдвиг фаз

Допустим, что при предварительном расчете параметров рабо­ чего процесса были установлены: степень повышения давления

параметры рабочего процесса достигаются при помощи обычного кривошипно-шатунного механизма.

Введем опережение А = 20°, обеспечивающее фазы газорас­ пределения, рассмотренные в п. 4. Тогда решение поставленной задачи будет заключаться в следующем. Произведем измерения расстояний (ординат) Ѵса между рабочими поршнями при их встречном движении от момента начала сжатия (ссот = 42°; ѴД) через каждые 10° поворота кривошипов. Эти ординаты при плоских днищах рабочих поршней будут пропорциональны объе­ мам пространств рабочего цилиндра, заключенных между ними. Наибольшая ордината Ѵс1 = 274 мм (при масштабе 1 : 2) соот­ ветствует началу сжатия. Наименьшая ордината Ѵеф = 15,0 мм соответствует моменту наибольшего сближения рабочих поршней (аоп = 190° и ,аот = 170°). Следовательно, фиктивная степень сжатия 8ф, отвечающая произвольно принятой величине объема

Так как расчетная степень сжатия ер = 10, то очевидно, что принятый на рис. 4 объем камеры сжатия, выраженный через ее высоту Ѵс — 12 мм, надо изменить на величину АУСс таким усло­ вием, чтобы получить расчетную степень сжатия ер, т. е. надо прибавить (или отнять) величину АУСк тем величинам, с помощью которых определяется значение еф, а именно:

13

14

откуда

ep^l> + 8р kV с— Vcl -(- AVC,

или

va— врѴ гф = ep АѴф — A V C = А Іф (ep — 1).

Следовательно,

сжатия и расширения необходимо вводить полученную поправку на размер камеры сжатия, т. е. ее объем должен приниматься пропорциональным -высоте Ѵс + ДУС= 26 мм. Имея объемы, измеренные между рабочими поршнями при различных углах поворота их кривошипов и выраженные ординатами Ѵса, а также поправки к ним ДѴС, можем произвести табличный расчет орди­ нат линий сжатия (табл.1), с помощью которых возможно будет построить п линии сжатия индикаторных диаграмм для обоих рабочих поршней. Из теории ДВС [2] известно, что степень сжа­ тия ер есть отношение Ѵа/Ѵс, где V — объемы на диаграмме рѴ

ваемый рабочим поршнем за его полный ход; А К. — потерянный вследствие действия органов газораспределения.

Нами измерена величина Ѵс1, следовательно, если объем ра­ бочего цилиндра уменьшится в результате встречного движения поршней на величину ДИ и станет равным Ис2>т0 Для этого поло­ жения поршней степень сжатия будет выражаться условием

Для второго углового интервала

( 8)

Зная конечное давление сжатия рс = 75,3 бар, находим ко­

Используя величины из предварительного расчета параметров рабочего процесса, находим значение коэффициента предвари­ тельного расширения

15

Чтобы найти на диаграмме перемещений рабочих поршней (рис. 4) объем рабочего цилиндра Ѵгр, соответствующий этому значению р, напишем условие

Находим положение этой величины на графике перемещений рабочих поршней; оно соответствует углам поворота кривошипов: аоп = 208 и а от = 188°. Степень последующего расширения б находим, пользуясь ординатами, снятыми с графика путей рабо­ чих поршней непосредственным их измерением, и составив соот­ ношение следующего вида:

— І+ Р + Д Ѵ с ~ ~ 2 4 + 1 4 ~

Зная б, находим абсолютное конечное давление расширения из равенства

Имея конечное давление расширения можем произвести таб­ личный расчет ординат линий расширения, используяпроцесс

чие поршни имеют форму днищ, приведенную на рис. 4, для ко­ торой высота !іг газораспределительных кромок над линиями

высоты ав = 22 и ап = 17 мм, для которых и произведен расчет. В момент наибольшего сближения расстояние между газораспре­ делительными кромками поршней будет Ѵк — Ѵс— 2h1— Увк =

нюю часть диаграммы скруглить от руки.

16

библиотека СССР

Результаты табличных расчетов ординат линий сжатия и рас­ ширения позволяют построить индикаторные диаграммы отдельно для поршня, управляющего окнами выпуска, и для поршня, управляющего окнами продувки. Для этого используем цифры строки 7 (табл. 1), т. е. ординаты изменения давлений на линии сжатия, строки .8 и 9 углов поворота кривошипов, соответствую­ щих этим ординатам, а также горизонтальные линии слева от диаграммы Брикса для опережающего и отстающего поршней, которые связывают перемещения поршней с углами поворота их кривошипов. Ординаты линии давлений наносят па соответ­ ствующие горизонтали, используя в качестве оси абсцисс правую

ние части диаграмм построить с учетом скругленпя общей диа­ граммы.

В результате этих построений имеем истинные индикаторные диаграммы для верхнего и нижнего поршней, которые и являются основанием для всех последующих расчетов (динамики, прочности валов, крутильных колебаний и др.). По диаграммам газорас­ пределения должен быть откорректирован расчет продувки.

6.Кривошипно-шатунный механизм двигателей «Пинкейк» и углы заклинки кривошипов

его коленчатого вала

Двигатель «Пинкейк» представляет собой двухтактный 16-цилиндровый дизель с вертикальным коленчатым валом мощ­ ностью 1030 кВт при частоте' вращения коленчатого вала 2000 об/мин с газотурбинным наддувом и с клапанно-щелевой продувкой. Диаметр рабочих цилиндров 152,4 мм; ход рабочих поршней 178 мм. Двигатель имеет: газотурбинный нагнетатель с вертикальным валом, установленный на верхнем торце картера 2; четыре четырехцилиндровых блока 1, расположенных кресто­ образно относительно оси вертикального коленчатого вала, как показано на компоновочной схеме рис. 5; сварной картер 2 тун­ нельного типа, который установлен на корпусе редуктора 3, яв­ ляющегося одновременно и фундаментом двигателя; редуктор с конической парой шестерен бесшумного типа снижает угловую скорость коленчатого вала и изменяет направление вала 4, вы­ дающего мощность с вертикального на горизонтальное. Двига­ тель предназначен для установки на быстроходные катера, но реверсивной муфты обычного типа не имеет. Изменение знака

18

упорного давления гребного винта достигается поворотом лопа­ стей с механизмом их управления, встроенным в корпус редук­ тора <3. Коленчатый вал двигателя имеет четыре кривошипа, взаим­ ное расположение которых представлено на рис. 5, где буквами

Рис. 5. Компоновочная схема двигателя «Пинкеіік». Вид сверху

обозначены блоки рабочих цилиндров, а римскими цифрами — кривошипы коленчатого вала [13].

Окружность заклинки кривошипов 5 с показанным на ней взаимным их расположением разделена на 16 равных частей

19