Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Хмелевский А.В. Паровоз. (Устройство, работа и ремонт) учебник для техн. шк. ж.-д. трансп

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

27.10.2023

Размер:

35.92 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 / 4216 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 > Следующая >>>

Постройки

золотники

были

коробчатой

конструкции

(плоские), а

на

современных

—

цилиндрические.

На рис. 101 изображен паровой

цилиндр с

цилиндрическим

золотником 3, который имеет два

диска

располагается

зо

лотниковой камере А, отлитой вместе с цилиндром. В

золотни

ковой камере имеется

два окна: левее окно

каналом

а соединено

задней

полостью

цилиндра,

правое

каналом

б — с

перед

ней полостью;

каналами

концы

камеры

соединены с

паровы

пускными трубами и конусом.

золотниковую

камеру

по паро

впускной трубе

г подводится "пар

из

котла.

При

помощи

специ

ального

механизма

золотник может перемещаться

камере,

открывая или закрывая своими дисками окна для

впуска

пара в

цилиндр. Если,

например, золотник

сдвинут' в крайнее

переднее

положение

(см. рис. 101),

то

пар,

находящийся

золотниковой

камере А,

через окно

и канал

поступит

в переднюю

полость

цилиндра и будет сдвигать поршень назад. Одновременно

своим

задним диском золотник соединит каналы а и в и даст

отрабо

тавшему пару из задней полости цилиндра выйти в атмосферу.

Не трудно представить,

что

при перемещении

золотника

заднее крайнее положение открывается впуск пара из

золотни

ковой камеры А по каналу а в заднюю полость

цилиндра, а

пе

редняя полость

каналами

б и в

соединяется

паровыпускной

трубой. Двигаясь таким

образом

камере,

золотник поперемен

но впускает и выпускает пар из полостей цилиндра.

Перемещение золотника производится при помощи внешнего

парораспределительного

механизма, в

основе

которого

заложен

эксцентрик.

Простейший

парораспределительный

механизм

со

стоит из эксцентрика 2 (рис. 102),

насаженного

на

ведущей

оси

под некоторым

углом

к кривошипу

/, и тяги 3.

Такой

механизм

в настоящее время на паровозах не применяется, но рассмотрение его дает возможность усвоить работу современного кулисного парораспределительного механизма, в котором сохранен принцип действия эксцентрика.

Расстояние между центром колеса и центром э к с ц е н т р и к а ,

равное OA, называется	э к с ц е н т р и с и т е т о м		э к с ц е н т р и -
	к а. При	вращении колеса центр А
г а з	д эксцентрика	будет описывать вокруг
	центра О	окружность	радиусом OA.
	При помощи тяги 3 вращательное дви
	жение эксцентрика превращается в по
	ступательное движение		золотника.

		Необходимо определить, как			нуж
		но расположить эксцентрик на оси ко
		леса по отношению к кривошипу, что
		бы положение золотника		соответство
		вало определенному положению порш
		ня в цилиндре и чтобы золотник			пра-
Рис. 101 Цилиндр	с п а Р о р а с -	в и л ь н о	регулировал,	впуск	пара
пределительным	золотником	в цилиндр	и выпуск из цилиндра. Для

Рис. 102. Положение золотника при заднем крайнем положении поршня:

/ — кривошип; 2 — эксцентрик; 3 — тяга

этого рассмотрим схему простейшей паровой машины с цилиндри ческим золотником у которого толщина дисков равна ширине паро впускных окон.

Когда поршень и кривошип находятся в заднем крайнем по ложении (см. рис. 102), золотник расположен в среднем положении и закрывает паровпускные окна. При таком положении поршня для сдвига его должен начаться впуск пара в заднюю полость ци линдра. Для этого нужно, чтобы золотник начал двигаться назад и открыл заднее окно для впуска пара. Эксцентрик, соеди

ненный тягой с золотником		и сообщающий ему	движение, дол
жен располагаться	сзади кривошипа так, чтобы		линия эксцент
риситета составляла	с ним	угол 90°.

При движении поршня вперед колесо будет вращаться по ча совой стрелке. В этом же направлении будет двигаться эксцент


рик, смещая золотник назад и открывая		заднее окно для					впуска
пара, а переднее — для выпуска. Когда		поршень		пройдет			при
мерно половину своего хода, а кривошип		повернется			на	угол 90°
и перейдет из точки / в точку 2	(рис.	103),	золотник			перемес
тится в свое крайнее заднее положение. При этом				он	полностью
откроет заднее окно для впуска,	а переднее		для	выпуска			пара.

Рис. 103. Положение золотника при среднем положении поршня (кривошип вверху)

Рис. 104. Положение золотника при среднем положении поршня (кривошип внизу)

Эксцентрик (эксцентриситет) в это	время	займет горизонталь
ное положение. При дальнейшем движении		поршень		придет	в
свое крайнее переднее положение, а	кривошип		переместится		в
точку 3 и расположится горизонтально (см.		рис.	103).	Эксцент


рик в это время переместится вверх,			а	золотник сдвинется впе
ред и закроет оба окна, как показано на рис.					102.
Затем поршень		начнет двигаться	назад		и	когда он		дойдет,
приблизительно	до	середины цилиндра,		кривошип			переместится
в точку 4 (рис.	104)	и расположится		вертикально.			Эксцентрик
уйдет в крайнее	переднее положение		и	сдвинет		золотник		вперед

таким образом, что переднее окно полностью откроется для впу

ска пара в переднюю	полость цилиндра,		а	заднее			соединится с
паровыпускным каналом для выпуска пара				из	задней			полости
цилиндра. Далее поршень и кривошип			придут		в	заднее		крайнее
положение, а золотник при помощи эксцентрика						сдвинется впе
ред и закроет окна. Таким образом		машина придет					в	первона
чальное положение,	представленное	на	рис.		102.
В рассмотренной схеме машины, когда				эксцентрик				располо
жен под прямым углом к кривошипу, при				крайних			положениях
поршня золотник закрывает окна и пар			не	может			поступить в
цилиндр. Окна открываются золотником			лишь		с началом движе-

Рис. 105. Насадка эксцентрика на ось под углом 270° плюс угол опережения


ния поршня.	Для	того чтобы	дать доступ пару		в цилиндр		и
заполнить вредное		пространство свежим		паром до	начала	хода
поршня в момент,		когда он находится в крайнем			положении,		и v
также избежать излишнего мятия пара				в узких проходах		окон,
необходимо,	чтобы	движение	золотника	несколько опережало

движение поршня. Для этого эксцентрик насаживают на ось ко

леса так, что при крайнем положении кривошипа				он отклоняет
ся вперед		(по часовой	стрелке) от вертикальной линии, проходя
щей	через	центр оси,	на некоторый добавочный угол б (рис. 105).
Между линией кривошипа и линией эксцентрика				(эксцентрисите
том)	образуется угол,		равный 270°+б. При этом	эксцентрик бу
дет отставать от кривошипа.

Тогда при нахождении поршня в заднем мертвом положении эксцентрик сдвинет золотник из среднего положения назад и не

много откроет заднее		окно для	впуска пара, а переднее		для	вы
пуска. При	переднем	мертвом	положении поршня	золотник		бу
дет сдвинут	вперед	от своего	среднего положения	и	откроет
на небольшую величину переднее окно для впуска пара,					а	зад
нее— для выпуска.

Угол б, на который отклоняется эксцентрик от вертикальной


линии	при крайнем мертвом положении			кривошипа, называется
у г л о м	о п е р е ж е н и я ; величина, на			которую	при	крайнем
мертвом положении		кривошипа	будет открыто окно для			впуска
пара, называется л		и н е й н ы м	п р е д в а р е н и е м		в п у с к а , - а

величина, на которую при этом положении кривошипа будет от крыто окно для выпуска пара,— л и н е й н ы м п р е д в а р е н и ем в ы п у с к а .

§61. ЗОЛОТНИК С ПЕРЕКРЫШАМИ

ИРАБОТА МАШИНЫ С РАСШИРЕНИЕМ

Недостатком простого золотника (см. рис. 102—105), у кото рого толщина дисков равна ширине окон, является то, что впуск пара в цилиндр производится на протяжении всего хода поршня. Впуск пара начинается с выхода поршня из одного крайнего поло жения и кончается с приходом его в другое крайнее положение.

Выпуск пара из цилиндра также будет происходить на протяжении все го хода поршня и пар будет выпус каться в атмосферу почти с таким же давлением, с каким он поступил в ци линдр. При таком золотнике очень большой расход пара, а работа паро вой машины неэкономична. Поэтому в паровой машине стараются исполь зовать свойство пара производить ра боту за счет расширения. Для этого применяют золотники, у которых дис ки шире паровпускных окон. Такой

е I

Рис. 106. Золотник с пёрекрышами:

е — перекрыша впуска; — пе рекрыша выпуска

Рис. 107. Положение золотника с перекрышами при заднем крайнем положении поршня

золотник (рис. 106) при установке его в среднее положение .своими дисками перекрывает паровпускные окна внутри на величину е, а


снаружи	на величину І, эти	величины	называются п е р е к р ы
ш а м и .	Внутренняя перекрыша е называется			п е р е к р ы ш е й
в п у с к а ,	а наружная — п е р е к р ы ш е й		в ы п у с к а .
Золотник с перекрышами		впуска прекращает		впуск свежего

пара в цилиндр, когда поршень пройдет лишь часть своего пол

ного хода; происходит так называемая	о т с е ч к а	п а р а ,	после
чего оставшуюся часть пути поршень проходит		под действием
расширяющегося пара в цилиндре.
Наличие в золотнике перекрыши выпуска несколько			задер
жит выпуск пара, и окно для выпуска	пара откроется		позже.
Замедление выпуска пара вместе с тем	удлинит	предшествую

щий ему период расширения пара. Но перекрышу выпуска при


нимают обычно меньше перекрыши впуска								(иногда		отрицатель
ной),	чтобы отработавший				пар начал выходить				несколько рань
ше,	чем	свежий	пар	поступит		в цилиндр		с	другой		стороны
поршня.		Это делают		для	того,	чтобы	уменьшить			противодав
ление отработавшего пара на нерабочую сторону поршня.
Рассмотрим			работу паровой			машины		с золотником,			имею
щим	перекрыши. Для			того	чтобы	при	нахождении			поршня в

Рис. 108. Положение золотника с перекрышами при заднем крайнем положении эксцентрика

Рис. 109. Золотник в момент отсечки пара при движении поршня вперед

заднем крайнем положении заднее окно было открыто на

вели

чину

линейного

предварения,

впуска,

золотник

должен

быть

сдвинут из своего среднего положения назад на

величину,

рав

ную

перекрыше

впуска

плюс

линейное

предварение

впуска

(рис. 107). При движении поршня вперед золотник

будет

дви

гаться к своему крайнему

заднему

положению.

Когда эксцент

рик

расположится

горизонтально,

золотник

придет

в свое

край

нее

заднее

положение

полностью

откроет

окно

для

впуска

(рис.

108).

Свежий

пар

поступает

в заднюю полость цилиндра,

поршень двигается вперед, а из передней полости

отработавший

пар уходит в конус и атмосферу.

Когда кривошип и эксцентрик расположатся

так,

как пока

зано

на рис.

109,

задний

диск

золотника, двигаясь

вперед, за

кроет

окно

для

впуска

пара

в заднюю полость

цилиндра;

прои

зойдет отсечка пара. Дальнейшее движение

поршня

будет

со

вершаться за счет расширения пара. Затем

диск

золотника

зак

роет

окно

для

выпуска

и в

передней

полости

цилиндра

будет

происходить

сжатие

пара.

При

переднем

крайнем

положении

поршня золотник сдвинут вперед на величину перекрыши впуска плюс линейное предварение впуска (рис. 110). Ввиду того что пере-

Рис. ПО. Положение золотника с перекрышами при переднем крайнем поло жении поршня

крыша выпуска меньше перекрыши впуска, окно для выпуска па ра из задней полости цилиндра открывается раньше окна для впуска пара.

Когда поршень

станет двигаться назад, золотник

сдвинется

в свое крайнее переднее положение, полностью открыв

окна для

впуска пара в переднюю полость и выпуска отработавшего

пара

из задней полости. На обратном

пути

поршня

после

прохода

им части своего хода золотник

закроет

переднее

паровпускное-

окно, снова произойдет отсечка пара, и оставшийся

путь

пор

шень пройдет

за

счет

расширяющегося

пара.

О т с е ч к а

выражает степень

наполнения

цилиндра

свежим

паром в процентах от

хода

поршня. Если,

например,

отсечка

произошла после прохода поршнем половины

всего

хода, то

го

ворят, что наполнение

цилиндра

равно

50%.

Отсечки

обознача

ются десятичными

дробями:

0,1;

0,2; 0,3;

0,4;

0,5

и т. д., что

со

ответствует 10, 20, 30, 40, 50% наполнения цилиндра свежим

па

ром. Чем меньше наполнение цилиндра свежим паром

(меньше

отсечка), тем с большим расширением будет

работать

пар в ци

линдре, тем экономичнее работа паровой машины.

Если рассмотреть

характер движения

поршня

цилиндре,

то окажется,

что

поршень движется не

с одинаковой

скоростью

на протяжении всего хода от одного крайнего положения к дру гому. Наибольшую скорость поршень имеет в средней части ци линдра, когда палец кривошипа находится в верхнем или ниж нем положении. По мере продвижения поршня к одному из своих


крайних положений скорость		его движения			снижается,	и ког
да поршень придет в крайнее		положение, на какое-то мгновение
он остановится, после чего	начинает		двигаться в противополож
ную сторону. То же самое	имеет место			и в движении		золотни
ка: наибольшая скорость	в средней		части		его хода постепенно
снижается при приближении		золотника		к крайним положениям.

Связь между перемещением золотника, величиной открытия окон для впуска и выпуска пара и положением кривошипа веду щего колеса обычно графически изображается в виде полярной золотниковой диаграммы, а зависимость между перемещением зо лотника, открытием окон и положением поршня выражается графи чески с помощью эллиптической золотниковой диаграммы.

§62. РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПАРОВОЙ МАШИНЫ

Вработе паровой машины за один оборот колеса или за

двойной ход поршня различают несколько			периодов действия па
ра в цилиндрах — фаз	парораспределения.			Работа	пара в ци
линдрах изображается	графически в	виде		и н д и к а т о р н о й
д и а г р а м м ы . На рис.	111 показана	индикаторная			диаграмма
вместе со схемой паровой машины. По		горизонтали на			диаграмме
в масштабе откладывается ход поршня, а			по	вертикали — давле
ние пара.
Имеются следующие	периоды действия		пара в цилиндре:

а) в п у с к п а р а, когда ци линдр наполняется свежим па ром (на диаграмме линия /—2), продолжается с начала хода поршня до момента отсеч ки пара золотником;

б) р а с ш и р е н и е

п а р а

(линия

2—3)

протекает

мо

мента

отсечки до

начала

вы

пуска

пара

из

цилиндра.

В этот период пар производит

работу,

расширяясь

объеме

за

счет уменьшения

давления;

в)

п р е д в а р е н и е

выпус

ка

(линия

3—4)

начинается с

момента

открытия

окна

для

выпуска пара и кончается при

ходом поршня в крайнее поло

жение.

Оно

необходимо

для

обеспечения

более

полного

• открытия

окна

для

выпуска

пара к моменту прихода порш

Вредное

Код

поршня

ня, в крайнее

положение

(для

пространство.

(объем

цилиндра)

уменьшения

противодавления

на нерабочую сторону поршня);				Рис. 111. Индикаторная диаграмма и
г)	в ы п у с к	п а р а	(линия	схема паровой машины
4 — 5)	протекает	от	начала

обратного хода поршня до закрытия окна для выпуска	(раньше
чем поршень придет в крайнее положение);
д) с ж а т и е (линия 5-^-6) начинается с момента	закрытия

окна для выпуска и кончается моментом открытия впускного окна. Сжатие необходимо для создания паровой подушки при подходе поршня в крайнее положение, чтобы избежать ударов в механизме и обеспечить плавную перемену направления движения поршня.

е) п р е д в а р е н и е в п у с к а п а р а (линия 6—1) протекает с момента открытия впускного окна, когда поршень еще не при

шел в крайнее положение, до момента,						когда поршень находится
в крайнем	положении		и	паро-	р
впускное окно открывается на ве					15
личину линейного		предварения

впуска.					10
Площадь	индикаторной			диа

граммы на рис. 111 выражает ра
боту пара в одной полости ци
линдра за два хода поршня или
за полный оборот колеса. Полная					-О	Атмосферная лания
работа пара в цилиндре будет оп

ределяться	суммой		площадей		Рис.	12. Действительные индика
диаграмм обеих полостей.						торные диаграммы

Действительная (снятая при работе машины) индикаторная диаграмма имеет несколько меньшую площадь, чем теоретическая,

так	как она учитывает	все потери рабочего процесса	в цилиндре.
На	рис. 112 показаны	действительные индикаторные	диаграммы

передней и задней полостей цилиндра. Индикаторная диаграмма в натуре снимается при помощи специального прибора, который на

зывается и н д и к а т о р о м .
Из	индикаторной		диаграммы видно,			что в различные		перио
ды работы		пара в цилиндре давление				его не одинаково. Приго
товленный		в котле	пар вследствие		сопротивления		при	проходе
через регуляторный			клапан, паровпускные трубы, золотники и па
ровпускные окна теряет часть своего давления. Поэтому								давле
ние свежего пара, поступившего в цилиндр, будет							на	10—15%
ниже	котлового.
С	прекращением		впуска, после		отсечки, происходит			расши
рение	пара	в цилиндре		и давление	его падает, а объем			увеличи
вается. После открытия				окна для выпуска давление			пара в ци

линдре резко понижается, однако.оно всегда несколько выше ат


мосферного		(на 0,5—1,0 кГ/см2)			ввиду		сопротивления			проходу
отработавшего пара			в паровыпускных			трубах и конусе.				Линия
выпуска	пара	на диаграмме		(см. рис.111)			проходит выше			атмос
ферной	линии.
По индикаторным			диаграммам, снятым с					работающей			ма
шины, можно		подсчитать мощность			машины			паровоза	и	судить
о правильности парораспределения.						Как		известно,	р а б о т а
определяется		произведением		приложенной			к телу силы на прой
денный	путь. Действующая			на поршень		сила		будет равна			сред

нему давлению пара в цилиндре за весь ход поршня, или так назы

ваемому

с р е д н е м у

и н д и к а т о р н о м у

д а в л е н и ю ,

умно

женному

на площадь

поршня.

Умножив

полученную

силу на

пройденный поршнем путь (ход поршня),

мы определим

работу,

которую совершает пар в одной

полости

цилиндра

за один ход

поршня, а умножив

на 4, получим

работу

пара в обеих

цилинд

рах за один оборот колеса.

Допустим, что среднее индикаторное

давление

пара в цилинд

ре равно 7,5 кГ/см2,

диаметр

поршня 65 см и ход

поршня 80 см,

или 0,8 м. Площадь

поршня

(без вычета

сечения скалки)

равна

Щ^-

= 3318

см\

будет 3318-7,5 == 23885 кГ.

Сила,

действующая на поршень,

Тогда работа, совершаемая паром в двух цилиндрах

паровой

машины

за один оборот колеса, выразится

23 885-0,8-4 = 76432

кГм.

Мощность машины

представляет

собой

работу,

выполненную

в единицу времени. Для подсчета

принимаем, что паровоз

дви

жется

со скоростью

50 км/ч и имеет

диаметр

колес

1500 мм

(1,5

м).

м.

Длина окружности колеса равна 3,14-1,5 = 4,71

Число оборотов колеса при скорости 50 км/ч составит: в 1 ч

50-1000 = 1П0Д61Г5: оо/ч;« - , „

4,71

сек

10 615	2,8	об/сек.
60-60

Работа за 1 сек (мощность) составит 76 432-2,8 =214010 кГм/сек,

или в лошадиных силах (одна лошадиная сила равна 75 кГм ра боты в 1 сек)

214010:75 = 2853 л. с.

§ 63. СИЛА ТЯГИ и К. П. Д. ПАРОВОЗА

На движущийся паровоз действуют разнообразные силы, име ющие различные величину и направление, при этом часть из них является внешними силами, а часть — внутренними.

Внутренние силы, возникающие при движении паровоза в дви жущем и парораспределительном механизме, тяговых и сцепных приборах, взаимно уравновешиваются. По закону механики внут

ренняя сила не может вызвать перемещение	центра	тяжести те
ла. Движение паровоза может вызвать только	внешняя сила, ис
ходящая от постороннего тела.
Каким же образом появляется эта внешняя	сила?	В результа

те действия вращающего момента, передаваемого от машины к опи рающемуся колесу, в точке касания возникает горизонтальная си ла, направленная от колеса к рельсу и стремящаяся переместить рельс в направлении, противоположном движению. Однако вследствие противодействия неподвижно укрепленного рельса воз никает равная указанной выше силе горизонтальная сила от рельса к колесу (горизонтальная реакция рельса), но направлен ная в сторону движения. Она и является той силой, с которой коле со упирается в рельс и непрерывно как бы отталкивается от него.


Эта внешняя сила,			приложенная		от рельсов		к движущим		коле
сам паровоза в		направлении его движения,					называется		с и л о й
т я г и на ободе		колес, или к а с а т е л ь н о й с и л о й						т я г и . Ее из
меряют	в килограммах			и обозначают FK.				колеса	в по
Но	для превращения			вращательного		движения
ступательное движение				по рельсу	необходима		еще так называе
мая с и л а с ц е п л е н и я , , т. е. сила					трения	между колесом и рель
сом в точке их соприкосцовения.					Сцепление		между колесом и
рельсом осуществляется				тогда, когда колесо не скользит по					рельсу
(не боксует), иначе			говоря, когда		точка	соприкосновения			колеса

с рельсом является мгновенным центром вращения. Если	между
колесами паровоза и рельсами не будет силы сцепления,	то при

<<< < Предыдущая 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 / 4216 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ