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

давление в бар (Па-10б). Для двухтактных двигателей двойного действия численное значение коэффициента в формуле (56) должно быть 25,0, но по аналогии с формулами в системе МКС коэффици­ ентом 2 2 , 0 учтена отрицательная 1 2 -процентная поправка на пло­ щадь штока поршня.

Как видим, здесь сделана попытка учесть в формуле мощности влияние отдельного фактора, однако при этом сохранены неизмен­ ными основные значения коэффициента тактности.

Приведенные формулы мощности не охватывают многообразия компоновок многоцилиндровых ДВС, включая случаи использо­ вания в одном рабочем цилиндре поршней с различными ходами и диаметрами.

Так, например, трудно ответить на вопрос, какой пз приведен­ ных формул следует воспользоваться при определении мощности двухтактного двигателя с противоположно движущимися порш­ нями по схеме 1 на рис. 23, у которого иижнпй поршень совершает ход S b а верхний — лишь часть хода нижнего поршня S 2 = Вопрос усложняется в еще4большей степени, когда рабочий ци­ линдр на участке действия верхнего поршня имеет меньший диа­ метр, чем на участке действия нижнего рабочего поршня, как это показано на схеме 2, или когда в одном рабочем цилиндре дей­ ствуют несколько рабочих поршней с различными ходами и диа­ метрами и когда в разных полостях рабочего цилиндра задаются разные значения ре, как это показано на схеме 3, по которой строи­ лись и продолжают работать большое число судовых двигателей «Бурмейстер и Вайн».

Заводами, выпускающими двигатели со сложными кинемати­ ческими схемами кривошипно-шатунных механизмов, даются ра­ бочие формулы для определения мощности таких машин, но в обыч­ ной литературе ониотсутствуют.

Ниже приводится методика составления расчетных формул для определения мощностей ДВС со сложными кинематическими схе­ мами кривошипно-шатунных механизмов с использованием для этой цели в структуре формул так называемого обобщенного коэф­ фициента тактности /п0.

В формуле (53) величина FpeS равна работе, совершаемой поршнем двигателя за один рабочий ход, а 1 Іт — число рабочих ходов этого поршня за один радиан поворота коленчатого вала. Следовательно, величина FpeS/rrL равна работе, совершаемой поршнем за один' радиан поворота коленчатого вала.

Рассмотрим двигатель с противоположно движущимися порш­ нями по схеме 1 на рис. 23.

Допустим, что нижний поршень имеет ход S x, а верхний — 5 2 = kiSx и что на участках действия обоих поршней диаметр цилиндра одинаков и равен D x. Тогда работа, совершаемая ниж­ ним поршнем за один радиан поворота коленчатого вала, будет

50

51

совершаемая обоими поршнями за одни радиан поворота коленча­ того вала, выраженная через элементы основного рабочего поршня,

где m 0— выраженный через параметры основного рабочего поршня обобщенный коэффициент тактности рассматриваемого двигателя;

т. е. F2 = k\F\.

Работа, совершаемая нижним поршнем за один радиан пово­ рота коленчатого вала, равна F ^ S ^ J m ^ то же верхним поршнем F2Sope/ni1. Суммарная работа, совершаемая обоими рабочими поршнями за один радиан поворота коленчатого вала, выражен­ ная через элементы основного рабочего поршня,

= т х, т. е. верхний поршень обращается в крышку рабочего цилиндра.

В заключение определим значение обобщенного коэффициента тактности /п0 для двухтактного двигателя, имеющего кривошипно­ шатунный механизм с кинематической схемой 3. На схеме цен­ тральный поршень А находится в нижней мертвой точке, а внеш­ ние поршни В и С — в верхней мертвой точке.

Рабочий цилиндр двигателя обслуживается тремя кривошипношатунными механизмами, из которых средний G приводит в дей­ ствие центральный поршень А, а два крайних механизма N —

52

верхний В и нижний С поршни, которые связаны между собой си­

а на участках действия поршней В и С диаметр цилиндра Д 2 = = k 2D x, диаметр штока центрального поршня d m — k ß x\ сред­

нее эффективное' давление ре, принятое для нижней полости ра­

бочего цилиндра, будет ре = кфе, где ре — среднее эффективное давление в верхней полости рабочего цилиндра.

На основании этих исходных данных составим уравнение ра­ боты, совершаемой рабочими поршнями цилиндра за один радиан поворота коленчатого вала. Работа, совершаемая центральным поршнем за один радиан поворота коленчатого вала со стороны верхней полости цилиндра,

Суммарная работа, совершаемая всеми рабочими поршнями за один радиан поворота коленчатого вала [(а) + (b) -J- (с) -f(d)],

53

С помощью выражений (а), (Ь), (с) и (d) легко найти обобщенные коэффициенты тактности отдельно для поршней А, В и С:

для поршня А

для поршня С

(g) ■

Таким образом, обобщенный коэффициент тактности может служить той универсальной величиной в формулах мощности, которая учитывает число рабочих поршней, обслуживающих цилиндр, длины их ходов, диаметры рабочего цилиндра на уча­ стках действия рабочих поршней и различие средних индикатор­ ных или эффективных давлений, действующих в различных поло­

или эффективное редавление, а также значения коэффициентов к1г kn, k3 и kit легко определить мощность всего двигателя, а также мощности, передаваемые коленчатому валу каждым рабочим порш­ нем, пользуясь формулой (53), которая в этом случае будет иметь вид

N 39,2Р^,ремі (60)

вщ

Значения обобщенных коэффициентов тактности определяются по формулам: (57) — для схемы 7; (58) — для схемы 2; (59) — для схемы 3, а также по формулам (е), (f) и (g) при определении мощностей, передаваемых коленчатому валу от рабочих поршней Л, В и С схемы 3. При использовании обобщенного коэффициента тактности т 0 формула (60) приобретает универсальное свойство, делающее ее пригодной для определения мощностей двигателей с любыми кинематическими схемами кривошипно-шатунных меха­ низмов. Формула (.60) может служить и для определения диаметра

54

Г л а в а II

Силовой АНАЛИЗ две со сложными

КИНЕМАТИЧЕСКИМИ СХЕМАМИ КРИВОШИПНО-ШАТУННЫХ МЕХАНИЗМОВ

12. Порядок и исходные данные для табличных силовых расчетов поршневых ДВС со сложными кинематическими схемами

При разработке проектов ДВС одним из ответственных и слож­ ных является силовой расчет, результаты которого используются при построении графиков набегающих моментов, являющихся основой для расчета коленчатых валов, анализа работоспособности шатунных и коренных шеек И их подшипников, крутильных колебаний [8 ] и др. Во многих опубликованных капитальных трудах по конструированию и расчетам ДВС 15, 6 ] приводятся результаты силовых расчетов для ДВС со сложными кинемати­ ческими схемами в виде различного вида графиков, но нет доста­ точно полно изложенных методов для выполнения таких расчетов, поэтому ниже даются необходимые рекомендации, позволяющие выполнять эти расчеты для ДВС со схемами кривошипно-шатунных

3)массы деталей кривошипно-шатунного механизма, (комплёктного поршня, шатуна, а также положение его центра тяжести, или распределение массы шатуна между центрами верхней и ниж­ ней его головок);

4)компоновочную схему проектируемого двигателя (Х-об-

разного, звездообразного, у-образного и др.); 5) кинематическую схему одной секции кривошипно-шатун­

ного механизма, т. е. схему механизма для рабочих поршней, действующих на одну шатунную шейку коленчатого вала.

По известным параметрам рабочего процесса расчет ординат линий сжатия и расширения индикаторной диаграммы рекомен­ дуется производить табличным способом, пользуясь рис. 24 и известными положениями теории ДВС [2]:

55

Ординаты линии расширения можно определить, производя сжатие рабочего тела от давления рь до давления рг, пользуясь рассмотренным выше приемом, т. е. принимая б вместо ер; рь вместо ра, Ѵь вместо Ѵа\ Ѵр = Ѵср вместо Ѵс и /і2 вместо пѵ

Если двигатель имеет симметричную диаграмму газораспреде­ ления Ѵа = Ѵь, то для расчета ординат линии расширения можно

Расчет ординат линии расширения приведен в табл. -9. По­ строив индикаторную диаграмму по расчетным ординатам (четвер­ тые строки табл. 8 и 9), необходимо тщательно проверить соответ­ ствие полученного среднего индикаторного давления рг расчет­ ному, для чего площадь индикаторной диаграммы с учетом пло­ щади ее хвостовой части надо разделить на Vs или при помощи любых других приемов. Эта проверка должна исключить одну из возможных ошибок в трудоемком силовом расчете.

Имея веса или массы комплектного поршня и шатуна, необхо­ димо определить приведенный к центру пальца поршня его вес

57

Т а б л и ц а 9. Расчет ординат линии расширения

или массу, пользуясь рекомендациями' трудов по конструиро­ ванию и расчетам ДВС [3, 5, 6 ]. На основании компоновочной

Рис. 25. Компоновочная схема двигателя к примеру 9

схемы, числа рабочих цилиндров і и тактности проектируемого двигателя устанавливается угол между вспышками в рабочих цилиндрах, порядок работы цилиндров в главном блоке, для рабочих цилиндров одной секции кривошипно-шатунного меха­ низма и для всего двигателя.

П р и м е р 9. Четырехтактный двигатель имеет пять блоков по шесть цилиндров; блоки расположены звездообразно относительно о.си коленчатого вала (рис. 25); число рабочих цилиндров і = = 5 X 6 = 30; угол между вспышками в рабочих цилиндрах для

58

всего двигателя 720 : 30 = 24°; коленчатый вал имеет три пары зеркально расположенных кривошипов (1—6 ; 2—5; 3—4), закли­

в секции кривошипно-шатунного механизма,, в блоке рабочих цилиндров и в двигателе. В рассматриваемом примере расчетными могут быть интервалы 24, 12, 6 , 4, 2 и 1°. Достаточная точность расчета может быть достигнута при расчетных интервалах 1 2 и 6 °.

П р и м е р 10. Если по этой же компоновочной схеме (рис. 25) рассматривать двухтактный двигатель, тогда углы между вспыш­ ками для всего двигателя будут .360 : 30 = 12°; углы между вспышками в цилиндрах блока 360 : 6 = 60°; порядок работы

6 и 4°, а достаточная точность расчета будет обеспечена при расчет­ ных интервалах 12 и 6 °. Порядок работы цилиндров для этого примера дан в табл. 1 1 .

Коленчатый вал двигателя должен быть звездообразным с по­ рядком заклинки кривошипов 1-5-3-4-2-6, при котором силы инерции первого, второго порядков ц центробежные взаимно уравновешиваются; моменты сил первого порядка и центробежных уравновешены. Момент сил второго порядка неуравновешен.

Силы инерции первого и второго порядков возвратно-движу- щихся частей кривошипно-шатунного механизма одного рабочего

59