УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

Одним из недостатков при эксплуатации энергоустановок с поршневыми преобразователями энергии являются вибрации,, вызванные наличием переменной составляющей в реакциях на опорах. Поэтому под динамическим уравновешиванием двига­теля понимают такое комбинирование неуравновешенных сил,, которое ведет к получению равнодействующей сил или момен­тов, постоянной по величине и направлению или в частном слу­чае равной нулю [22].

Силы, действующие в двигателе и на двигатель, принята разделять на силы внутренние и силы внешние.

К внутренним относят силы, возникающие в результате взаимодействия деталей двигателя между собой или с рабочим телом и уравновешенные внутри двигателя. Ими являются га­зовые силы и силы трения.

Внешние силы возникают в результате взаимодействия де­тален двигателя и двигателя в делом с внешней средой и при­водимыми в движение орудиями или машинами. К внешним силам относят: вес двигателя с навесным оборудованием; момент сопротивления со стороны приводимого в движение орудия или машины; силы инерции поступательно движущихся масс комп­

Лектов рабочего и вытеснительного поршней; силы инерция вращающихся масс двигателя; тангенциальные силы инерции вращающихся масс двигателя, возникающие из-за непостоян­ства угловой скорости валов двигателя; тагигенциальные силы

Инерции движущихся масс шатунов; реакции фундамента; ре­активные моменты и силы, уравновешивающие все перечислен­ные выше силы внешнего воздействия на двигатель. Кроме ука­занных сил на двигатель могут действовать силы реакций струй газов и жидкостей, приложенные в местах подсоединения внеш­них коммуникаций.

Вес двигателя — сила, постоянная по величине и направ­лению; в некоторых условиях эксплуатации может быть урав­новешена полностью (невесомость).

Момент сопротивления зависит от характеристики ‘Приводи­мого в движение агрегата и от условий эксплуатации. В неко­торых случаях, например при работе двигателя на электроге­нератор с буферным аккумулятором, | момент сопротивления можно считать постоянным. Он уравновешивается равным по величине, но обратным но направлению реактивным моментом, передаваемым через фундамент и корпусные детали.

Неуравновешенными являются главным образом силы инер­ции циклически движущихся масс кривошипно-шатунного ме­ханизма:

Поступательно движущихся с ускорением /ц (57) масс комп­лекта рабочего поршня

ШпШп -|- 2^5п!

‘поступательно движущихся с ускорением /в (65) масс комп­лекта вытеснительного поршня

Тъ = Та + 2/И5В,’

Приведенных вращающихся, с ускорением ‘}/ = (х>28. масс механизма (без масс противовесов)

Т’* = [2Т7и7]1Н

И масс противовесов

Ш7 =

Вращающихся масс механизма с моментом инерции 1 из-за непостоянства угловой скорости валов 0);

Качательно движущихся масс шатунов с моментом инерции /ш и угловым ускорением Бб (50).

Эти силы н моменты необходимо «скомбинировать» таким образом, чтобы главный вектор сил и главный момент имели минимальные значения (в частном случае были равны нулю), В проекциях на оси координат главный вектор сил и главный момент можно записать так:

^ = -2 («;/,,); (137)

^ = -2(|ц;/„); (138)

Мх = _

У] (.ЩЫУ, — —

Соэ (а + р)

Соэ (а — Р) соэ Р

+ Т) = °*

Х

ГПъ®2Я

СОБ Р ‘ СОЗ3 р

— т’*оо2^соъа — у — т’7*(а2 Я со$ (а

Рис. 44. Схема двигателя с сим­метричным ромбическим меха­низмом

Рассмотрим выражения (137) — (142) с учетом особенностей ром­бического механизма (рис. 44), ко­торый имеет продольную (плос­кость УХ) и поперечную (плос­кость ХУ) плоскости симметрии. Симметрия системы исключает появление кососимметричных силовых факторов, т. е. неуравновешенные силы и моменты мо­гут действовать (быть направлены) только вдоль осей симмет­рии. В данном случае возможное направление неуравновешен­ных сил и моментов — ось У. Таким образом, в случае сим­метричного ромбического механизма Рх~0, Рг = 0, МХ=0 П М2=0. Следует заметить, что силы инерции не могут дать мо­мент, направленный вдоль их линии действия (оси К), а так как вращения элементов конструкции в плоскости XX не пронс — ходит (соу = 0), то и Му — 0.

Таким образом, для полного уравновешивания рассматри­ваемого механизма необходимо н достаточно, чтобы Ру — = —2 (т{}у{)= 0 или

£

/

J

XI

С1(х)

‘XI

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ
УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ
УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

(НО)

 

 

Т! (%Ыг( — т.7*л)

 

Му =

 

Е >, Я’

 

Мг =

 

(т1!>!1Х!Щ’ЫУ!)

 

Скх)

 

Е

 

(142)

 

21

 

 

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

Яь/г, — т„/в — Т’У № а + Т’7*С05 + у) = 0,

 

(143)

 

Где у угол заклинивания ‘Противовесов относительно продол­жения ‘.плоскости кривошипа; отсчитывается в направлении вращения вала.

Подставив значения ускорений, имеем

 

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

/77п«2/^

 

Соб2 А

 

— X

 

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

Соз а. »• оп Сп5(а-г^) л

——- Пп ы-Я——— —L-LL = О

Т’* ы2Я

Со5 а

Соз а

Соб А сое (а + 7)

Т * — г Т7 —— —

Я

С ОБ3 р

Так как Ю2Я=£0, то

Сое а

‘У

Гпп = Тъ = Т ;

Тп ( — tg А tg р + Я

СОБ СС СОЙ3 р

Т1 ( 1 + tg а tg Р — Я

Со$а

СО Б3 р

Угол заклинивания противовесов V =

=■ — т’* — I — Ш7*

. ‘* сое (а -4* *у) ,*

/72 *4-/717 — 1— ~и’- ~

Соз а

Соз а со5 р — эш а зт р

С05а со5 р

Соз а соз Р -}- бIп А бил [5

С05 а С05 {5

Со$2 а

(

+ я

Тп(»2Я

Соз а со&3 £> соз2 а сое а с об3 р

— А

— тв(.о2Я

Преобразуем и упростим полученное выражение

 

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ
УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

ПЛИ

 

Соз а

 

Ти( 1 Я

 

ИгЯ

 

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

-0.

 

+ Т; («-ьа.. = о.

 

Я соз А Л

С053 Р

 

Это выражение справедливо при выполнении следующих условий:

Щу

Массы комплектов рабочего и вытеснительного поршней должны быть одинаковы, т. е.

 

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

(144)

 

— — 2т";

 

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

(145)

 

Приведенная масса противовесов /тг7 должна быть равна сумме масс комплектов рабочего и вытеснительного поршней и приведенной неуравновешенной вращающейся массы меха­низма:

Т7 = 2т" -[- Т’*. (146)

Симметричный ромбический механизм позволяет спроекти­ровать и практически изготовить полностью уравновешенный двигатель даже в одноцилиндровом — исполнении.

 

Энергопреобрпзон.’пг. чь ил базе такого двигателя может быть также полностью теоретически уравновешен. Для этого необходимо выполнить следующие условия:

Съем мощности производить одновременно с двух валов в равных колпчестнах;

Моменты инерции масс, вращающихся с каждым валом (в том числе п массы приводимых в движение навесных вспомога­тельных агрегатов), должны быть одинаковые;

Валы, соединительные муфты, валопроводы и агрегаты дол­жны иметь одинаковые крутильные жесткости (как правые, так М левые);

Приводимые в движение агрегаты должны быть полностью •уравновешены.

Таким образом, при проектировании динамически уравнове­шенного энергопреобразователя с рассмотренным двигателем необходимо сохранить симметрию системы. Это можно выпол­нить, применив, например, схему с двумя одинаковыми гене­раторами (по одному на валу), работающими на общую на­грузку [10].

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *