Тронковый и крейцкопфный двигатель

Тронковый и крейцкопфный двигатель

Компания «Дизельзипсервис» – надёжный поставщик дизельных установок и запчастей для различных отраслей промышленности, машиностроения и энергетики, судоходства и железных дорог.

• Новости
• Услуги
• Продукция
• Наше производство
• Наши заказчики
• Сделать заказ
• Отзывы
• Лицензии и сертификаты
• Галерея
• Видеоканал
• Библиотека
• Библиотека
• Доска объявлений
• Реклама
• Торги
• Вакансии

Новости

ЧН18/20 ЧН16/17

Полная номенклатура запасных частей к двигателям размерности ЧН18/20 ЧН16/17
Посмотреть

Дизели бывают разные…

Сегодня дизельные двигатели прочно занимают свою нишу в системе ДВС. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия, низкому расходу топлива, надёжности и другим преимуществам они пользуются большой популярностью.

При этом за более чем столетнюю историю дизеля в его устройство не раз вносились всевозможные изменения. Конструкторы стремились сделать его более совершенным. Это неизбежно вело к появлению не просто новых моделей, но и целых классов дизельных двигателей.

В данной статье мы попытаемся упорядочить и классифицировать существующие дизели на основе ряда признаков. Отметим также, что мы будем рассматривать только крупные двигатели: судовые, ж/д, промышленные.

Способ осуществления рабочего цикла

)

В современном двигателестроении есть также трёх-, пяти-, и шеститактные серийные и опытные образцы. Однако на текущий момент они являются не столь широко распространёнными.

Конструкция камеры сгорания

С разделённой камерой

С неразделённой камерой

Различные варианты неразделённой камеры сгорания

Различные варианты разделённой камеры сгорания

У двигателя с неразделённой камерой топливо попадает в надпоршневое пространство. Такая камера имеет малую поверхность охлаждения, что способствует снижению потерь теплоты. При этом её форма определяется особенностями и предназначением двигателя.

Разделённая камера сгорания имеет большую поверхность охлаждения и характеризуется повышенными потерями теплоты. Зато в ней лучше смешиваются топливо с воздухом, и уменьшается «жёсткость» работы двигателя.

Способ крепления шатуна

Крейцкопфный способ Тронковый способ

В крейцкопфном дизеле шатун соединяется с поршнем с помощью специальной скользящей конструкции. Она и называется крейцкопфом, который, в свою очередь, крепится к поршню штоком. Таким образом, механизм несколько укрупняется и утяжеляется, однако возрастает износостойкость поршня и цилиндра.

В тронковом же дизеле шатун крепится сразу к поршню.

Виды используемого топлива

Однотопливные дизели работают на одном виде горючего (внезапно!), а многотопливные способны принять несколько разных. Например, в газодизельном двигателе дизельное топливо может служить как «запальным», так и основным.

Вообще же следует отметить, что обычный дизель может работать даже на растительном масле, однако использование «сырых», неподготовленных видов топлива будет неизбежно вести к быстрому износу агрегата.

)

Наддув может производиться с помощью компрессора, турбокомпрессора, а также путём совмещения двух устройств (т.н. агрегатный наддув). Отметим, что наполнение цилиндра воздухом непосредственно связано с максимально возможной мощностью двигателя.

Способ расположения цилиндров

Известны и другие схемы размещения цилиндров: W-образная, X-образная, Y-образная, оппозитная, H-образная. Однако далеко не все из них применяются в дизелестроении.

Количество оборотов в минуту

А напоследок взгляните на первый запуск старого дизеля после 40 лет простоя!

)

Тронковый и крейцкопфный двигатель

Поршневой ДВС прошел долгий путь развития. Со времени своего появления (1860 г. — первый серийно производившийся двигатель Ленуара), а также с момента существования его предшественника, паровой машины, от которой ДВС воспринял многие элементы конструкции, он имеет два неизменных узла: цилиндр с поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение, и КШМ (рис. а), преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное коленчатого вала. Хотя попытки обойтись без данных узлов, заменить их другими вариантами механизмов, позволяющими реализовать принцип теплового двигателя, делались неоднократно. Например, Гюйгенс и Папен в своих опытах, проведенных еще в XVII веке, преобразовывали энергию газа, находящегося под давлением, в энергию движения. Или Д. Уатт, который намеревался создать “коловратную” паровую машину, т. е. машину, которая сразу, без промежуточных преобразований энергии, обеспечивала бы вращение вала. Наконец, уже в XX веке Ванкель разработал роторно-поршневой двигатель, который кое-кому (Германия, СССР, Япония) даже удалось поставить на серийное производство. Однако ни одно из таких решений, в том числе и РПД, себя не оправдало. Так, если взять РПД и не учитывать частности, вроде сложности обеспечить уплотнение камер сгорания, главной причиной стала невозможность получить степень сжатия, превышающую &#949 = 8, и многое, связанное с этим обстоятельством. В итоге двигателестроители лишний раз убедились: цилиндр с поршнем — если и не идеальный механизм, то, по крайней мере, оптимальный, и по характеристикам ему уступают все другие варианты исполнения данного узла ДВС.

То же самое можно сказать и о КШМ. Достаточно привести такой факт: когда были в силе патенты на КШМ, Д. Уатт, чтобы их обойти, рассмотрел пять схем механизмов преобразования движения и остановился только на одном из них — планетарном. Но как только кончился срок действия патентов, все производители паровых машин, включая и Уатта, стали применять именно КШМ. И в последующем создатели двигателей занимались, по существу, лишь поиском вариантов конструкции КШМ. В частности, еще на паровых машинах, у которых поршень имел тарельчатую форму, для исключения его перекоса в цилиндре применяли специальный механизм (крейцкопф) — линейный подшипник, выполненный в виде ползуна, движущегося по направляющим. Такое же решение было принято и в отношении первых ДВС, предназначенных для замены громоздких паровых машин стационарных силовых установок: на двигателе Отто фирмы “Дойтц”, демонстрировавшемся на Всемирной парижской выставке 1878 г., и на дизелях.

Но в начале XX века конструкторское бюро Путиловско-го завода применило тронковую конструкцию двигателя, которая и стала господствующей (крейцкопфы же сейчас сохранились только на некоторых крупных стационарных двигателях).

Однако в настоящее время частота вращения коленчатого вала двигателей существенно (до 4000—7000 мин -1 ) возросла. Поэтому тронк стал причиной повышенных потерь на трение. Например, исследования показали: потери в ЦПГ современных ДВС составляют 50 % всех механических потерь. При этом они распределяются следующим образом: 15 % — трение поршневых колец, 35 % — трение юбки поршня о гильзу цилиндра. И это уже выводит тронковую конструкцию ЦПГ из числа оптимальных. Продолжающееся ее применение оправдано лишь с точки зрения габаритных размеров, а также отработанной технологией производства двигателей.

Пытались ли устранить недостатки КШМ? Да. В том числе и с помощью крейцкопфа. К сожалению, данное решение увеличивает габаритные размеры двигателя вдоль оси цилиндра, поэтому практики от крейцкопфа на двигателях транспортного типа отказались.

И поиск альтернативных решений продолжился. Пример тому — механизм С.С. Баландина, который автор называл “бесшатунным”. Что не совсем точно с точки зрения ТММ. Правильней было бы предложенный С.С. Баландиным механизм назвать механизмом с вращающимся шатуном: у него понятие “эксцентриситет Е коленчатого вала полностью совпадает с понятием “длина L шатуна” и выполняется условие Е = L = R, где R — радиус кривошипа.

Второй пример — аксиальные двигатели, в них для связи кулачкового механизма с линейно движущимся поршнем также применяется крейцкопф. Но и они не долговечны. В частности, схема двигателя Кристиансена хотя и позволяет обеспечить степень расширения больше степени сжатия, что положительно отражается на эффективности рабочего процесса, но требует применения роликового (значит, точечного) контакта ползуна с толкателем на штоке поршня. В результате в месте контакта возникают большие напряжения, и пара долго работать не может. Таким образом, дилемма “тронк или крейцкопф” сейчас решается, безусловно, в пользу тронка. Но — пока. Например, на рисунке (б) показан кривошипно-ползунный механизм со сдвоенным крейцкопфом, который не только уступает классическому тронковому, но кое в чем даже превосходит его.

Не останавливаясь на КШМ подробно, поскольку он хорошо известен, отметим только следующее: направляющим узлом для линейного движения поршня 5 служит гильза цилиндра 4; боковая (нормальная) сила N создает трение на одной стороне гильзы (на рисунке показано пунктиром), причем при повороте коленчатого вала на 180° происходит перекладка поршня, и сторона контакта тронка с гильзой меняется на противоположную; поскольку гильза цилиндра нагрета, то масло, смазывающее гильзу, разжижается, и в узле “гильза—тронк” возрастают потери энергии на трение, которые, как сказано выше, достигают 35 % от полных механических потерь.

Иное дело механизм со сдвоенным крейцкопфом, где поршень 9 тарельчатой конструкции штоком 10 связан с рамкой 13, состоящей из направляющих для внутреннего ползуна 8 крейцкопфа, который линейно перемещается в направлении, перпендикулярном оси цилиндра, скользит по направляющим 7 и может перемещаться вдоль оси цилиндра на величину хода поршня. В ползуне располагается подшипник 11 кривошипа, размещенного в щеке коленчатого вала. И поскольку ползун может двигаться в направляющих рамки внешнего крейцкопфа только в горизонтальном направлении, то сила Р_х давления газов, действующая на поршень 9, передается через его шток 10 на рамку не только вдоль оси цилиндра, но и в направлении, перпендикулярном этой оси. В частности, сдвигает ползун поперечного крейцкопфа на величину S/2, которая при повороте коленчатого вала на 90 и 270° равна, как известно, радиусу R кривошипа.

Таким образом, в крейцкопфном механизме при показанном на рисунке положении сила Т, вращающая коленчатый вал и приложенная к кривошипу, равна силе Р_х традиционного КШМ. Следовательно, механизм полностью выполняет те же функции, что и классический КШМ.

Однако есть и отличия. Поскольку направление линейного движения рамки 13 задается направляющими 7, а при положении поршня в точках, не совпадающих с ВМТ и НМТ, появляется эксцентриситет силы Р_х относительно оси цилиндра (в показанном на рисунке варианте поворота на 90 или 270° эксцентриситет равен S/2 = R), создается момент, стремящийся повернуть рамку относительно направляющих. Противодействует данному моменту пара сил, направленных перпендикулярно направляющим и обозначенных N*. И в принципе, эти нормальные силы аналогичны силе N для классического КШМ. Правда, не совсем.

Сила, стремящаяся повернуть рамку относительно оси цилиндра, раскладывается на две силы N*, и равенство моментов записывается следующим образом: Р_хS/2 = 2 N*S/2. Откуда N* = (Р_хS/2)/B. To есть на величину силы N* влияют конструктивные факторы, которыми ее можно регулировать. Так, в начале хода поршня (15—18° поворота вала), когда давление в цилиндре высокое, плечо силы небольшое. По мере расширения газов давление Р на поршень, а следовательно, и результирующая сила Р_х, уменьшается. Но плечо возрастает до его предельного значения, равного S/2. Из чего следует: целесообразно применять короткоходовой цилиндр, что ограничит величину силы, создающую момент при крайних положениях кривошипного ползуна.

Знаменатель приведенного выше уравнения, величина В, — чисто конструктивная характеристика механизма: это высота рамки 13 внешнего крейцкопфа. Значит, при проектировании двигателя ее в определенных пределах можно изменять. Например, уменьшать, укорачивая тем самым цилиндр или получая возможность увеличения размера В при тех же габаритных размерах двигателя.

Отметим еще и такой момент. Практически на работу механизма влияет не абсолютное значение силы N*, а давление рамки 13 на направляющие 7. Причем давление рамки можно корректировать не только величиной В, но и шириной направляющих (на схеме не показана).

Узел контакта подшипника кривошипа с шейкой коленчатого вала в рассматриваемом двигателе полностью идентичен узлу обычных КШМ. Подшипник 11 кривошипа, расположенный во внутреннем ползуне 8, выполняется по типу нижних подшипников шатуна обычных механизмов, с использованием стандартных деталей (например, вкладышей).

И еще несколько решающих факторов в пользу криво-шипно-ползунного механизма. Первый: точки восприятия сил N* направляющими 7находятся в картере двигателя, т. е. в условиях хорошей смазки, и не испытывают температурного влияния от горячей гильзы цилиндра. Второй: цилиндр двигателя уплотнением 12 полностью отделен от картера, а это исключает загрязнение масла продуктами сгорания и его разложение под воздействием высоких температур. Третий: подпоршневое пространство цилиндра выполняется вентилируемым, а это дает возможность использовать его для наддува, подачи воздуха и т. п.

Но, сопоставляя классический КШМ и кривошипно-пол-зунный механизм, нельзя, повторяем, не видеть в них много общего. В частности, воображаемая линия М—К, соединяющая поршень и подшипник кривошипа на кривошипно-пол-зунном механизме, является, по сути, виртуальным шатуном, обеспечивающим преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение кривошипа. Но он, в отличие от реального шатуна, позволяет перенести все силы, обеспечивающие линейное движение поршня в цилиндре, внутрь картера двигателя, т. е. туда, где смазка кинематических пар заведомо качественная. Но главное — сдвоенный крейцкопф дает возможность, меняя конструктивные параметры, влиять на усилия в кинематических парах, снижая контактные нагрузки в них и обеспечивая их надежную смазку. В итоге — увеличить механический КПД, надежность и ресурс двигателя.

Схемы конструкций КШМ (а)
и механизма кривошипно-палзунного типа со сдвоенным крейцкопфом (б):

курс лекций Судовой моторист

Общие обязанности и ответственности членов судового экипажа. Состав и размещение судовых энергетических установок. Конструктивная схема крейцкопфного и тронкового двигателя. Судовые вспомогательные механизмы и системы. Контрольно-измерительные приборы.

Нажав на кнопку “Скачать архив”, вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.

Чтобы скачать архив с документом, в поле, расположенное ниже, впишите пятизначное число и нажмите кнопку “Скачать архив”

Рубрика	Транспорт
Вид	курс лекций
Язык	русский
Дата добавления	14.03.2014
Размер файла	15,0 M

Подобные документы

Характеристика судовых вспомогательных механизмов и систем как важной части судовой энергетической установки. Классификация судовых насосов, их основные параметры. Судовые вентиляторы и компрессоры. Механизмы рулевых, якорных и швартовных устройств.

контрольная работа [11,7 M], добавлен 03.07.2015

Тактико-технические данные УПС ” Херсонес” и особенности его конструкции. Характеристики судовых устройств и систем, спасательные средства. Штурманские приборы, инструменты и снабжение. Основы организации судовой службы, обязанности членов экипажа.

отчет по практике [5,5 M], добавлен 03.11.2012

Основные положения статута службы на транспортных судах. Обязанности моториста второго класса. Предназначение, техническая характеристика и устройство корпуса судна. Особенности судовых систем и энергетических установок, правила техники безопасности.

отчет по практике [3,2 M], добавлен 30.09.2011

Роль автоматизации судовых дизельных и газотурбинных установок в повышении производительности труда и безопасности мореплавания. Алгоритм функционирования автоматической системы и особенности полупроводников. Элементы и схемы контроля параметров.

дипломная работа [9,4 M], добавлен 05.06.2009

Общая характеристика судовых двигателей внутреннего сгорания, описание конструкции и технические данные двигателя L21/31. Расчет рабочего цикла и процесса газообмена, особенности системы наддува. Детальное изучение топливной аппаратуры судовых двигателей.

курсовая работа [2,9 M], добавлен 26.03.2011

Основные судовые документы. Исключения в отношении наличия судовых документов. Подлинность судовых документов. Документы, выдаваемые компетентными органами, подтверждающие определенные качества судна. Документы, отражающие жизнедеятельность судна.

контрольная работа [14,2 K], добавлен 14.07.2008

Описание конструктивных особенностей двигателя. Расчет рабочего цикла и процесса газообмена дизеля. Определение наиболее нагруженного колена вала двигателя 6S60MC, определение запаса прочности. Расчет и построение динамических диаграмм судового дизеля.

учебное пособие [13,6 M], добавлен 03.10.2013

Основные элементы корпуса судна и системы набора. Архитектурные элементы судов. Судовые помещения и трапы. Водонепроницаемые закрытия. Аварийный выход из машинного отделения. Системы дизельных судовых энергетических установок. Мореходные качества судов.

реферат [1,8 M], добавлен 25.04.2015

Судовая сеть и ее характеристика. Технические показатели насоса. Конструкция, принцип действия, обслуживание в работе центробежных насосов. Состав рулевого устройства, типы рулевых органов, рулевые приводы. Принцип действия электрических рулевых машин.

шпаргалка [1,1 M], добавлен 13.01.2011

Изучение использования судовых ядерных установок. Обоснование выбора энергетической установки фрегата. Тепловой расчет двигателей. Описания схемы и принципа работы мобильной установки кондиционирования. Процесс монтажа холодильной машины в контейнер.

дипломная работа [946,3 K], добавлен 16.07.2015

1.2.2. Дизели фирмы “Зульцер”

Дизели RТА двухтактные, крейцкопфные, реверсивные с газотурбинным наддувом. По способу охлаждения поршней дизели RТА разделены на две группы: RТА 84, 76, 68 и 58 – с водяным охлаждением и RТА 84М, 72, 62, 52, 48 и 38 – с масляным. Конструктивные особен­ности дизелей типа RТА рассмотрим на примере самого мощного дизе­ля RТА84М (рис. 1.10), отметив лишь некоторые особенности других ди­зелей.

Фундаментная рама 3 имеет вид коробчатой конструкции со встроенными корпусами упорного и рамовых подшипников. Постели рамовых подшипников 23 могут быть выполнены коваными из стали. Снизу к фундаментной раме подсоединен масляный поддон 1.

Коробка картера 4 (станина) состоит из А-образных стоек, к ко­торым прикреплены направляющие для башмаков крейцкопфа. А-образ­ные стойки соединены вместе тяжелыми стальными плитами при помощи коротких болтов. В дизеле RТА 38 картер может быть выполнен как единый моноблок.

Блоки цилиндров 9 чугунные, изготовляются отдельными для каждого цилиндра и сболчены между собой. По сравнению с дизелями старых типов блок дизелей RТА более простой конструкции, так как отпала необходимость использовать подпоршневые полости в качестве

Рис. 1.10. Поперечный разрез дизеля RTA 84M

второй ступени наддува. В дизелях RТА 48 и 38 блок цилиндров выполнен в виде моноблока.

Анкерные связи 2 соединяют между собой фундаментную раму, картер и блок цилиндров и проходят от верхней полки блока до нижней поверхности постели рамового подшипника.

Цилиндровая втулка и крышка охлаждаются по системе сверленых каналов, а поршень – по каналам в виде сот.

Втулка цилиндра 7 симметрична относительно своей оси и изготовлена из легированного чугуна. Утолщенный верхний конец втулки, который, как и в дизелях МАН-Б и В типа МС/МСЕ, вынесен над бло­ком цилиндра, обеспечивает необходимую прочность. Охлаждающая во­да вначале поступает в нижнюю часть блока цилиндров, откуда пере­текает в верхнюю часть втулки цилиндра, а затем протекает по сверленым каналам. Масло для смазывания пары «втулка – поршень» поступает через восемь штуцеров, расположенных в верхней части втулки. Масло по­дается в штуцеры из специального аккумулятора, а не из лубрика­торов, как было раньше в дизелях фирмы “Зульцер”. Подача масла зависит от нагрузки двигателя и регулируется рычажной передачей от регулировочного вала ТНВД. Цикловая подача масла отмеряется насосом с приводом от маленького гидромотора.

Крышка цилиндра 10 – это массивная поковка из жаропрочной ста­ли. В центре крышки размещен выпускной клапан 11, имею­щий гидравлический привод. Кроме того, в крышке установлены от 2 до 4 форсунок в зависимости от размерности двигателя, пусковой и предохранительный клапаны и индикаторный кран. Крышка цилиндра охлаждается пресной водой, поступающей из втулки цилиндра. Уплот­нение крышки и втулки обеспечивается притиркой посадоч­ного пояска между ними.

Поршень 8 изготовлен из специальной жаропрочной стали. Его охлаждение осуществляется с помощью так называемых “сот”, выполненных в виде глухих сверлений в головке поршня. Поршень охлаждается маслом, которое по шарнирной системе 19 подводится к крейцкопфному устройству 5 и далее поднимается по штоку 18 поршня.

При водяном охлаждении вода по телескопической трубе подводит­ся непосредственно к поршню, а отводится из поршня по другой телескопической трубе.

Переход в дизелях RTA с водяного охлаждения на масляное позволил уменьшить общую высоту двигателя, так как появилась возмож­ность уменьшить длину шатуна, высоту поршня, зазор между поршнем и сальником днища продувочного ресивера в момент нахождения поршня в НМТ. Действительно, при увеличении хода поршня дизеля RTA 62 на 26 % по сравнению с дизелем RTA 58, его высота возросла только на 12 %.

Крейцкопфное устройство 5 состоит из поперечины, крейцкопфного подшипника и двух башмаков по концам поперечины.

Шатун 20 стальной, кованый. На дизелях RTA 84М, 84, 76, 68 и 58 обе головки шатуна отъемные, в дизелях RTA 48 и 38 отъемная только нижняя головка, в дизелях RTA 72, 62 и 52 обе головки неотъемные. В дизелях с масляным охлаждением поршней отношение λ_ш =0,42 – 0,45 а с водяным – λ_ш = 0,35 – 0,38.

Коленчатый вал 22 полусоставной, т.е. рамовые шейки запрессо­ваны в щеки, которые откованы вместе с мотылевыми шейками. В ди­зеле RTA 38 коленчатый вал цельный.

Распределительный вал 6 проходит вдоль всего двигателя и вы­полнен из секторов, соединенных между собой на фланцах болтами. Привод распределительного вала – шестеренный.

Наддув изобарный. Выпускные газы по патрубку 12 поступают в выпускной коллектор 13, откуда – в газотурбонагнетатель 14. Воздух после сжатия в компрессоре проходит холодильник 15 и поступает в продувочный ресивер 17.

На поперечном разрезе дизеля показана передача 21 для привода от коленчатого вала электрогенератора.

Основные принципы кон­структивного решения деталей ЦПГ в дизелях RTA такие же, как и в дизелях МС.

Крейцкопфное устройство при масляном охлаждении поршней показано на рис. 1.11. В данном случае, как и в дизелях МС/МСЕ, шток 5 поршня крепится к поперечине 3 сверху, а нижний вкладыш 2 под­шипника сплошной. Сниженное удельное давление на подшипник позво­ляет вкладыш залить белым металлом и одновременно снизить давление масла, подаваемого на смазку крейцкопфного подшипника с 1,6 МПа, что имеет место в дизелях с водяным охлаждением поршней, до 1,2 МПа.

Масло на смазку мотылевого подшипника идет по каналу «а» в шатуне 1. К крейцкопфному устройству масло на смазку подшипников подводится по трубам 7 и 6. Масло для охлаждения поршня поступа­ет также по шарнирно соединенным трубам из трубы 8 (при 0,3 МПа) и по каналу «б» попадает в кольцевую полость «в» и далее поднима­ется к поршню. Отводится из поршня по трубе 4.