Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Болотин Ф.Ф. Динамика корабельных ДВС учеб. пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

7.3 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 202 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Дважды дифференцируя его по времени, можно подучить точ ные выражения для скорости и ускорения поршня соответст

венно	£9,	Ю З . Пользоваться				ими,	однако, в практике не
удобно, так как				в них входят		два	переменных			аргумента:
угол поворота кривошипа а					и	угол	отклонения шатунаji, По
этому выражение (1.3) упрощают следующим образом.											что
ИздВАВ			на рис. I.I по теореме синусов						следует,
			sinoc	slnfe .....		—	. .	—			(1Л)
				—	или	si n jb = 71sinoc .
Следовательно,				cosjb=(i-7l sin			V2				(1.5)
							оС) .
Разложение			(1.5) в биноминальный ряд Ньютона
				2.			• ц	Л.	. Б
		cos\|)= 1— -\|-sLn4oc- & -Sin (Х-—Ч-6							sin (X-
показывает, что третий и последующие члены ряда содержат
величину		71 в степени выше второй. Величина								отношения
	для	нормальных К Ш			обычных		тронковых ДВС в среднем
равняется 0,25, а для других ДВС							(с ПДП, крейцкопфных и
т.п.) может быть еще меньше. Поэтому членами										ряда,	содер
жащего	А		в четвертой и более высокой					степени, можно
пренебречь,			как весьма малыми, т.е. принять
			cosjb= i-ir sin2ос .								(1.6)

Подставляя (1.6) в (1.3), получаем приближенное выражение для перемещения поршня в функции только одного переменно

го аргумента	-	угла	поворота вала ос :
			Л*	Sinaa)=R\|l+ -^-(«sa+ Tpco$2oc)Д7)
$n= R(i-CDsa + y
Соответственно,		приближенные выражения для скорости уп и
ускорения jn	поршня:
Vn=		dt	Roo(slna-v--^sinBa);			( 1. 8)
	)п		= R		(c°sa+ Я.tos&a).	(1.9)

Как видно из выражения (1.9), ускорение поршня представ ляется в виде суммы двух простых гармонических составляю

щих	членов:	1	и д о )
		1	и д о )
где		J « к и > Ч о & 2 а , /
где	]пх ~ гармоника 1-го порядка;
	jn	- гармоника 2-го порядка.	изменения
	(Порядком	гармоники называют число периодов	изменения

гармонической функции за один оборот коленчатого вала).

Изобразим график

функции

jn=-f(oO)

за

один оборот

коленчато

Х ^

го вала и проанализи

-jnj

руем его. Для этого

построим

сначала ко-

\\9D

синусоиды

jnx

11JO

/ у '

360

на рис. 1.2, а затем

сложим

ординаты

этих

jn„

косинусоид при

соот

ветствующих

значениях

. В

результате

сум

мирования

ординат по

лучим кривую ускорения

поршня

jn= f(°0 , кото

рая имеет один макси

X .

vso

X .

270If

мум в в.м.т. при л=0

36D

и один минимум в н.м.т.

д Y /

180

[ y

при

си.

180°

случае

или два

миниму

ма в районе н.м.т.

случае

(подроб

Рис.

1.2. График ускорения

ный

анализ

выражения

поршня jn=f(а)

(1.9) см. в

[9,

М ] ).

а) при

\ > ~

; б) при

Как видим, гармоника ускорения поршня первого порядка jn имеет один период изменения за один оборот коленчато го вала, а гармоника ускорения поршня второго порядка jn - два периода изменения. Кривая ускорения поршня }n=-f(oO имеет один период изменения за оборот коленчатого вала, поскольку определяющим членом выражения (1.9) является

гармоника первого			порядка (так как амплитуда Rcaj2прибли
зительно в		четыре	раза больше амплитудыЛ.Roo2 ).
Однако наличие гармоники ускорения поршня 2-го поряд 'а
приводит	к	тому,	что при достаточно большой ее амплитуде
(при		) характер кривой ускорения поршня jn=-f(oO)

изменяется и появляются указанные выше два минимума этой кривой.

Итак, шарнир В нормального кривошипно-шатунного ме ханизма, а следовательно, и поршень вместе с поршневой го ловкой шатуна совершают неравномерное возвратно-поступа тельное движение по направлению оси цилиндра.При этом уско

рение	поршня jn	за один оборот вала дважды изменяет знак
(положительное		ускорение jn направлено	к оси коленчатого
вала 0	, а отрицательное наоборот, от		оси вала) и дости
гает наибольшей величины в в.м.т. при скорости поршня,
равной	нулю, а	наименьшей величины - один раз в н.м.т.

или дважды вблизи н.м.т. в зависимости от величины отно шения Л. .

Как видно из формул (1.2), (1.7), (1.8) и (1.9), основ ными кинематическими параметрами нормального КШМ, т.е. величинами, полностью определяющими кинематические особен

ности	механизма,	являются радиус кривошипа R			и его отно
шение	к длине шатуна L		, т.е.R и А .
В выполненных конструкциях тронковых рядных дизелей с
нормальным КШМ		величина	Л.	принимается в	пределах
(среднее значение		К = 0,25 -		см. табл. I).

Т а б л и ц а

Данные некоторых отечественных быстроходных судовых дизелей тронкового типа

Марка	D	S	Сш
дизеля	СМ	см	м/с
яд	30	38	7,6
Ч23	23	30	10
30	23	30	10
Д-50	31,8	33	8,15
Д-6	15	18	9
М-50*	18	20	п,з
М-503*	16	17	12,5
адд*	23	30	7,8
1Д	43	47	7,35
37Д	39	45	7,5
Д-42	30	38	9,5
58Д**	23	30	7,9
Д-100**	26,7	25,4	7,2

X Материал и конструктивные особенности поршня

1 алюминиевый сплав, простой

3,8 неохлаждаемый

I 4,31

I 3,56

з,ь

,1 , 4,25

чугунный, составной с алюми ниевой вставкой.охлаждае мый ’

4^37 чугунный, охлаждаемый

&п	Gui	j		Ч-R г
кгс	кгс	&ttlR	кго/сме кгс/см кгссмс2
52	71	0,472	0,121	0,146	60,2
28	30,8	0,377	0,095	0,06	30,4
64,4	104,3	0,277	—	“	74,8
3,78	6,09	0,2	0,03	“	1,43
5,89	7,96	0,2	0,03		ч т
5,01	(2,72)
5,01	25,64	0,05	0,0334		7,2
	(2,67)	(0,044)	(0,0323)
46	40,8	0,242	0,133	0,153	35,8
	(13,1)	(0,54)	(0,127)
257	198	0,35	0,227	0,175	247

+	_\|\|_	220	174	0,346	0,234	0,256	248
	чугунный, состав, с алюмин.
3^4		76,6	88,2	0,374	0,155	0,185	92,7
	вставкой, охлаждаемый
	чугунный, состав, о чугунной	56.7	43,5	0,4	0,178	0,207	34,3
4,35 вставкой, охлаждаемый		56.7	48	0,4	0,182	0,213	35,7
	_11_	35,9	34,8	0,294	0,137	0,19	23,4
±	_\|\|_
		35,9	36,3	0,295	0,14	0,197	_1\|_

П р и м е ч а н и я . Данные в скобках относятся к цилиндрам с прицепными шатунами.

Верхние данные относятся к продувочным, а нижние - к выпускным поршням.

§ 2. Кинематические особенности КШМ двигателей с противоположно движущимися поршнями

(с ПДД)

В двигателях с ПДП объем рабочего пространства цилиндра ограничивается его отенкаыи и двумя поршнями, движущимися 8 противоположных направлениях. Продувка и зарядка цилин дров этих двухтактных двигателей осуществляется через два ряда выпускных и продувочных окон в стенках цилиндра, рас положенных по разные стороны от камеры сгорания. Открыти ем и закрытием выпускных окон управляет так называемый "выпускной" поршень (обычно нижний поршень в двигателях с вертикальным расположением цилиндров), а открытием и закрытием продувочных окон управляет другой продувочный поршень. При этом для более раннего открытия выпускных окон (предварения выпуска) с целью снижения давления га зов в цилиндре к моменту открытия продувочных окон выпу скной поршень несколько опережает движение продувочного поршня. Поршни приводятся в движение своими кривошипно шатунными механизмами, кинематически связанными либо с

одним общим коленчатым валом (одновальные двигатели [4,б]), либо с двумя разными коленчатыми валами (двухвальные дви гатели). Современные судовые и транспортные многоцилиндровые дизели с ПДП (типа Д-100, 61 и др.) выполняются обычно двухвальными, причем, угол опережения движения "выпускно го" вала по отношению к "продувочному" валу составляет:

А = 10*15° -	для	нереверсивных	двигателей;Л = 5*10° -
для реверсивных	двигателей.
Меньшая величина А для реверсивных двигателей дикту
ется необходимостью		предотвращения	чрезмерного заброса
газов из цилиндра в		продувочный ресивер при более раннем

открытии продувочных окон в случае работы двигателя на заднем ходу.

Таким образом, в кавдоы цилиндре двухвального двигате ля с ДДП имеются два нормальных кривошипно-шатунных меха низма, перевернутых относительно друг друга на 180° и кинематически связанных шестеренчатой передачей между ва лами. При этом могут быть случаи одностороннего(pucJ/5,а) и разностороннего (рис. 1.3,6) вращения валов. Обозначим все точки и звенья КШМ "выпускного" поршня индексом б , а КШМ "продувочного" поршня индексом П • Наличие угла опере жения А в движении "выпускного" вала приводят к тому, что положения обоих поршней, при которых имеют место наиболь ший и наименьший объемы цилиндра, не совпадают с соответ ствующими положениями в.м.т. и н.м.т. обоих КШМ. Поэтому для двига телей с ПДП применяют понятия £4,в] внутренней

инаружной объемной мертвых точек (в.о.м.т.

ин.о.м.т.), при которых поршни в цилиндре обра зуют наименьший и наи больший объемы цилиндра. Положения поршней в в.о.м.т. и н.о.м.т. на ступают тогда, когда кривошип "выпускного" вала уже проходит свои в.м.т. и н.м.т. на угол

поворота -gj- , а кривошип

"продувочного" вала еще не доходит до своих в.м.т. и н.м.т. на угол

поворота А

Рис. 1.3. Схемы КШМ двухвального двигателя с ПДП: а) при одно стороннем вращении валов;

б) при разностороннем вращении валов

Аналогично полученным ранее кинематическим закономер ностям для нормального К1Ш Ц.7), (1.8) и (1.9) выражения для пути, скорости и ускорения поршней двигателя с ПДП можно записать следующим образом:

- для выпускного поршня

Sn|=Rft [{+ ^ - ( с о ^ т cosfccO] ,

	v n6=R6-u)(slncx+Y£,5Ln2a');		(I.II)
	jnb= R bu)a (cos<x+ ?Lb c o s £ o O .
	Snn=* Rn\| i +	(а-Д)+-^псол2(ос-м]\|;
	Vnn=f?nCAj [sm(oi-Д)+	$Ы!> (oc-A)J ;	KI.I2)
где	jп=^поог [со5(«-^+А.п с05^(ос-/М],
	ос -угол поворота "выпускного" вала, отсчитываемый
	от соответствующего положения в.м.т.

Как видно из сопоставления (I.II) и (1.12), величины

путей, пройденных "выпускным"	и "продувочным" поршнями от
их в.м.т., а также скорости и	ускорения	поршней в	каждый
момент времени отличаются. Эти	различия	могут быть	обу

словлены неодинаковыми размерами звеньев Kill R					и U	, а
также наличием угла опережения Д.			В	выполненных двух-
вальных двигател	.радиусы	кривошипов обоих валов приняты
одинаковыми, т.е. R6=Rn ,		а отношения		Д ь иД.п	для	удоб
ства монтажа и ремонта КШЫ		выполняются		разными.	Обычно
для ДВС с ВДВ	А. =		(см. табл. I).

§3. Кинематические особенности КШМ

сприцепным шатуном

Внастоящее время все более широкое применение на ко раблях имеют V - образные и звездообразные двигатели

Рис. 1.4. Схема КШМ с прицепным шатуном

типов Д-12, М-50, 40Д, М-503 и др. В таких двигателях на каждую шатунную шейку коленчатого вала работают два или несколько цилиндров.

Впрактике дизелестроения встречаются двигатели с центральный сочленением шатунов для цилиндров, работающих на одну общую шейку вала, когда оси всех шатунов пересе каются с осью шатунной шейки вала. В этом случае все шату ны двигателя являются центральными, а кинематика поршней всех цилиндров ничем не отличается от кинематики поршня в нормальном КШМ.

Вуказанных выше отечественных корабельных дизелях при-' меняется не центральное, а прицепное сочленение шатунов в силу его конструктивных преимуществ. В этом случае один шатун главного цилиндра является центральным и называется главным шатуном, а все остальные шатуны боковых цилиндров

прицепляются к кривошипной головке главного шатуна (при помощи пальцев и проушин главного шатуна) и называются прицепными шатунами. Оси прицепных шатунов не пересекают ся с осью шатунной шейки вала, поэтому они не являются центральными шатунами, а кинематика связанных с ними поршней боковых цилин дров отличается от кине матики нормального КШМ в главном цилиндре.

Рассмотрим кинемати ческую схему ЮНЫ с одним прицепным шатуном(рис.1А); применяющуюся в V -об разных двигателях.

Принято обозначать: %- угол развала ци

линдров (угод между осями ци линдров);

К	- угол прицепа (угол				между осью главного
		шатуна		и радиусом прицепа v		);
r = АС	-	угол	смещения;
		радиус прицепа (расстояние между осью
_		шатунной шейки вала и осью пальца прицеп-
		ного	шатуна);
СВ^— длина			прицепного шатуна (расстояние между
		осями поршневой и кривошипной головки
R=0AviL~AB-		прицепного шатуна);			и длина	главного ша
		радиус		кривошипа R
		туна	L	;
		Углы отклонения главного и прицепного ша
		тунов и поворота кривошипа от осей глав
Приближенные		ного I и бокового 2 цилиндров.
		выражения для пути Snl , скорости vnt и

ускорения jni

поршня

боковом

цилиндре

с прицепным

шату

ном имеют следующий вид (вывод

этих формул см. в [7,9,10]):

Snt= Ht- K-R [Е c o s (c*t+ Ф)+-^-Fcos(2c<r 0)]-,

Vtn,— i?u)[Esin(<*<+

Ф)+ \ F Sin(2.0^-0)]

(1.13)

R со2,[E

c o s (о ^ Ф ) + F cos( 20^ -0 )].

собой

расстоя

В формулах (I.13)

величина

представляет

ние от оси вала 0

до

в.м.т.

поршня

бокового

цилиндра

(см. рис. 1.4), а постоянные

,Е

и начальные

фазы

гармоник I и 2-го порядков ф и

8 - функции от величин

R,L,r,i,3 и

, определяемые выражениями:

A 'I

- ^ - ~

c o s

^+^-(

Y +

2 Y ) ^

2,3'

К L 1

cos

j cos

c o s

Ф—arctg [

Ч ^

) ‘1 г с о а }

+ у

]■— 'Slnty-SUltf

9= arctg

	i+ (i+ j-)	sin y- sin У
	E	со^Ф
„	4 & " £ г с т * * И г ) ¥ т : с<вМ]
F = - - - - - - - - - S i
Величины	R , L , r Tl,X и	полностью характеризуют
кшм с прицепным шатуном в кинематическом отношении и по

этому называются основными кинематическими параметрами этого механизма.

Сопоставляя формулы (1.3) с формулами (1.7), (1.8) и (1.9) для пути, скорости и ускорения поршня в нормальном КШМ главного цилиндра, видим, что они отличаются по ампли тудам и начальным фазам гармоник I и 2-го порядков. Из этого различия в кинематике поршней главного и бокового цилиндров вытекают следующие важные практические особен


ности двигателей с прицепными шатунами.							и степенях сжатия
I.	При одинаковых		размерах		цилиндров
ход поршня в цилиндре		с прицепным			шатуном получается				боль
ше, чем в главном цилиндре:				5 =	200 мм,		S* = 209,8 мм;
- в двигателе М-50			-
- в	двигателе	40Д	-	S = 300		мы,	Sv =	304,3 мы;
- в двигателе ЗД12 -				S =	180	мм,	S t=	186,7 мм .
Это приводит к соответствующей разнице в мощностях рядов
цилиндров.	Поршни в боковых цилиндрах					с прицепными шатунами
2.
достигают своих верхних и нижних крайних положений с не
которым смещением по углу поворота вала по							отношению		к
положениям кривошипа вала в в.м.т. и н.м.т. данного цилин
дра. Чрезмерная величина			этого смещения может потребовать

<<< < Предыдущая 12 / 202 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ