Харкевич А.А. - Автоколебания (1107605), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Золотник открывает впуск. Давление сразу становится равным рабочему давленяю пара и остается неизменным при движении поршня вправо до тех пор, пока золотник не перекроет впуск. 2. Начало расширения. Впуск прекращен. При дальнейшем движении поршня происходит расширение уже поступившего в цилиндр пара. Давление его соответственно падает. 3.
Начало выпуска. Золотник сообщает цилиндр с выпускной трубой. Давление быстро падает до атмосферного. Вскоре же начинается обратное движение поршня; давление остается пока неизменным. 4. Начало сжатия. Выпуск прекращается. Поршень, продолжая двигаться влево, сжимает оставшийся пар, давление которого соответственно повышается. 1. Начало парораспределения. Золотник открывает впуск... и далее цикл повторяется в описанном выше порядке.
То же самое, но со сдвигом на 180ч происходит по другую сторону поршня. Работа, совершаемая машиной за один цикл (т. е. за один оборот вала), выражается удвоенной площадью индикаторной диаграммы рис. 28. Площадь диаграммы Рнс. 29 существенным образом зависит от выбранного сдвига между кривошяпом н эксцентриком. Ясно, что имеется наивыгоднейшее значение етого сдвига. Его можно найтп, проследив, как видоизменяется диаграмма работы в зависимости от фазы распределения. На рис. 29 представлена серия золотниковых диаграмм и соответствующих индикаторных диаграмм для з 6. ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ фазы распределения, выраженной через полный угол опережения золотника 90о+8 в пределах от 0 до 180о (т. е.
для 8 от — 90 до +90о). Диаграммы упрощены атом отношении, что предположены мгновенное нарастание давления до рабочего в момент впуска и мгновенное спадание давления до атмосферного в момент выпуска. Как видим, при фазе 0 работа отрицательна. При фазе 30о на диаграмме работы наряду с отрицательными (заштрихованными) областями имеется положительная.
При дальнейшем увеличении опережения соотношения изменяются в пользу положительных областей. При фазе 120о (8=ЗОВ) отрицательных областей уже нет; зто— наивыгоднейшее опережение для данной серии. При еще большем увеличении опережения площадь диаграммы сокра.
щается. Интересно отметить, что при фазе 180о (8=90о) работа, совершаемая машиной, не равна нулю, как можно было бы ожидать, основываясь на том, что открытие и закрытие впуска и выпуска происходят при одних и тех же положениях поршня. Возможность совершения работы свя-' зана с процессами сжатия и разрежения, благодаря которым первая гармоника действующей на поршень силы сдвинута Рнс. ЗО. относительно положения поршня на угол, меньший 180о. Другими словами, имеется опережающая составляющая силы, хотя и относительно небольшая.
Это видно из рис. 30, на котором изображены осциллограммы смещения поршня х и действующей на него (с одной стороны) силы гч при фазе 180о. В качестве второго примера рассмотрим обычный автомобильный бензиновый двигатель. Его устройство и работа 6. пОРшнеВые дВНГАтелн в настоящее время настолько широко известны, что описывать пх здесь нет надобности. Отметим лишь интересные для нас подробности.
В автомобильном двигателе имеется двоякое распределение, причем оба рода распределения управляются валом двигателя. Во-первых, имеется распределение впуска и выпуска. Для этого служат пружинные клапаны — по одному впускному и выпускному на каждый цилиндр. Впускной клапан открывается только во время всасывания, выпускной †толь во время выхлопа. Во время сжатия и в течение рабочего такта оба клапана закрыты. Работой клапанов управляет специальный распределительный вал, снабженный кулачками.
Так как полный цикл работы цилиндра совершается за два оборота главного вала (т. е. Ва два полных хода поршня), то распределительный вал, связанный с главным (коленчатым) валом зубчатой передачей, делает вдвое меньшее число оборотов. Во-вторых, имеется распределение зажигания. В автомобильном двигателе зажигание горючей смеси производится электрической искрой, проскакивающей в свече. Момент зажигания имеет очень большое значение. Как известно, двигатель развивает наибольшую мощность, если вспышка происходит не в верхней мертвой точке (по окончании такта сжатия и перед началом рабочего такта), а несколько раньше. Это называется опережением зажигания.
Установка зажигания чрезвычайно критична, для ее регулировки предусмотрены специальные приспособления. В старинных автомобилях манетка опережения зажигания была выведена на рулевое колесо и водитель все время регулировал опережение вручную. В современных автомобиляхуправлениеопережением автоматизировано. Дело атом, что наивыгоднейшее опережение зависит от скорости двигателя; оно возрастает с увеличением числа оборотов. Современные двигатели довольно быстроходны (2000 — 3000 оборотов в минуту). Поэтому вариации опережения довольно значительны.
Для автоматического увеличения опережения с возрастанием скорости предусмотрены два автомата: центробежный и вакуумный. Действие первого в общем понятно, второй управляется разрежением во всасывающей трубе, которое возрастает со скоростью. Из этого беглого описания видно, какое большое значение имеет фаза распределения, т. е. сдвиг цикла обратной связи 3 А. А, Харнеанн 34 7, ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УДАРНЫЕ ИНСТРУМЕНТЬ! относительно рабочего цикла системы.
Усилия направлены к тому, чтобы правильным выбором этого сдвига получить прн прочих равных условиях наибольшую площадь диаграммы работы, т. е. наибольшую мощность при данном расходе топлива, а значит и наибольший коэффициент полезного действия '). Одно заключительное замечание; дело в том, что в поршневых двигателях амплитуда колебания есть постоянная величина, вполне определяемая конструктивными параметрами двигателя, в частности радиусом кривошипа.
Поэтому результатом увеличения подводимой энергии (повышение давления пара в паровой машине или обогащение смеси в бензиновом двигателе) будет неизбежно повышение частоты колебаний, т. е. скорости двигателя. Устойчивое значение скорости будет достигнуто тогда, когда подводимая энергия сравнивается с энергией, теряемой на валу (нагрузка плюс собственные потери двигателя]. Увеличение нагрузки вызовет соответствующее понижение скорости. Чтобы найти уста- Г Г новившееся значение скорости из условия энергетического баланса, мы можем поступить так: обозначив через Еч и Е ' попрежнему энергии, соответственно получаемую и теряемую системой за цикл, построить эти величины в функции скорости (а не амплитуды, как мы делали раньше). Е+ от скорости не Рнс. 3!.
зависит (или почти не зависит: мы не учитываем газодинамических эффектов), Е растет в первом приближении пропорционально скорости (при постоянной нагрузке). Получается график (рис. 31), на котором па означает установившуюся скорость (или частоту). й 7. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УДАРНЪ|Е ИНСТРУМЕНТЫ К автоколебательным системам относятся разнообразные и широко применяющиеся в промышленности ударные пневматические инструменты, как, например, отбойный молоток, 1) Здесь сознательно не затрагиваются многие другие вопросы как, например, роль степени сжатия, влияние качества топлива н явления детонации и т. д. Э 7.
пнавмьтичаскиа удавные инстггманты 35 клепальный молоток, пневматические лопаты, ломы, трамбовки, шпальные подбойки, колотушки для очистки труб и многие другие. По устройству ударного механизма все эти инструменты можно разделить на золотниковые и беззолотниковые. Обе эти группы представляют для нас интерес. Мы начнем с беззолотннкового механизма, как более простого в конструктивном отношении. Отличительной особенностью этого механизма является то, что он имеет только одну подвижную часть — поршень, // /// /г' Рнс. 32. который одновременно служит бойком, ударяя по рабочему инструменту, и, кроме того, сам же управляет распределением воздуха, т.
е. является золотником. Таким образом, в атом устройстве опережение золотника принципиально исключено. Как мы сейчас увидим, условия работы беззолотникового механизма сходны с условиями работы паровой машины при фазе распределения 180о. Рассмотрим устройство и действие беззолотникового механизма. На рис. 32 представлен схематически один из самых ранних беззолотниковых ударных механизмов в различных положениях на протяжении одного цикла автоколебаний. В цилиндре 1 ходит поршень 2, ударяющий по рабочему инструменту 3. Сжатый воздух подается вцилнндр через патрубок 4. Нижняя полость А всегда сообщена с атмосферой отверстием 5, так что давление в втой полости равно атмосферному. В кольцевой полости В под заплечиком поршня давление всегда равно давлению подаваемого сжатого воздуха.
Распределение 8' 36 Я 7. пнввматичвские удавные инстнументы осуществляется при помощи отверстий б, высверленных в теле поршня и соединенных с осевым каналом поршня. Действие системы мы рассмотрим, начиная с момента удара. 1. Удар только что нанесен. Давление в полости С равно атмосферному, так как эта полость сообщается с полостью А через осевой канал и отверстия б. На поршень действует направленная вверх сила Ра, равная произведению рабочего давления на площадь заплечика поршня (кстати, эта сила действует на поршень все время). Под действием этой силы поршень идет вверх. П.
Поршень идет вверх. Отверстия б перекрыты. Поэтому воздух в полости С начгшает сжиматься. 111. При дальнейшем движении поршня вверх отверстия б сообщают между собою полости В и С. Сжатый воздух врывается в полость С, давление в которой быстро повышается до рабочего. Возникает сила, давящая на торец поршня сверху вниз. Эта сила больше свлы, действующей на заплечик в обратном направлении, вследствие того, что площадь торца поршня гораздо больше площади заплечика. Однако поршень продолжает еще некоторое время двигаться вверх по инерции. Давление в полости С остается неизменным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
