Конструкція механізму з круговою кулісою. Кулісний механізм. Яка помилка в зображенні цього механізму
Вступ
1. Передавальні механізми.
2. Передня опора (шасі літака ТУ-4)
література
Вступ
Лаштунками (франц. Coulisse), ланка кулісні механізму, що обертається навколо нерухомої осі і утворить з іншим рухомим ланкою (повзуном) поступальну пару. По виду руху розрізняють лаштунки обертаються, що коливаються, прямолінійно рухаються.
Кулісні механізму, механізм важеля, до складу якого входить куліса.
Кулісний механізм, шарнірний механізм, в якому два рухомих ланки - куліса і кулісні камінь - пов'язані між собою поступальної (іноді обертальної при дугового кулісі) кінематичною парою.
Найбільш поширені плоскі четирехзвенниє кулісні механізми залежно від типу третього рухомого ланки діляться на групи: кривошипно-кулісні, кулісні-коромислові, кулісні-ползунниє, двухкулісние. Кривошипно-кулісні механізми можуть мати обертову, що коливається або поступально-рухому кулісу. Кулісно-коромислові механізми, що виходять з попередніх при обмеженні кута повороту кривошипа, виконують з хитається (рис. 1, а) і поступально-рухомою (рис. 1, б) кулісою,
застосовують для перетворення руху, а також в якості т. н. синусних механізмів (рис. 1, в) лічильно-обчислювальних машин. Кулісно-ползунниє механізми призначаються для перетворення руху, що гойдає в поступальний або навпаки, а також використовуються в якості тангенсного механізму в лічильно-обчислювальних машинах. У машинах знаходять застосування двухкулісние механізми (рис. 2),
забезпечують рівність кутових швидкостей лаштунків при постійному куті між ними. Це властивість використовують, наприклад, в муфтах, що допускають зсув осей з'єднувальних валів. Складні багатоланкові кулісні механізми застосовують для різних цілей, наприклад в системах регулювання наповнення циліндрів двигунів внутрішнього згоряння, реверсивних механізмах парових машин і ін.
1.Передаточние механізми
До передавальним відносяться планетарний і крівошіпношатунний механізми. Ці механізми дозволяють здійснювати складний рух.
У планетарному механізмі обертальний рух перетворюється в планетарне, при якому деталь обертається навколо своєї осі і одночасно навколо іншої осі (наприклад, так рухаються планети в просторі - звідси і назва механізму).
Планетарний механізм (рис. 1.а) складається з двох зубчастих коліс: провідного 1, яке називається сонячним, і веденого 4, яке називається сателіт (їх може бути декілька). Необхідними умовами роботи даного механізму є жорстке з'єднання цих коліс за допомогою важеля - водила 2, який надає рух сателіту, і нерухомість сонячного колеса 3. Планетарний механізм може бути виконаний на базі двох передач: зубчастої (а, б) з зовнішнім або внутрішнім зачепленням або ланцюгової (в). На базі ланцюгової передачі можна передавати планетарне рух на більшу відстань, ніж на базі зубчастої.
Мал. 2. Планетарні механізми
Кривошипно-шатунний (кривошипно-повзуни, кривошипно-кулісні) механізм служить для перетворення обертального руху в зворотно-поступальний (рис. 2.). Механізм складається з провідного органу кривошипа 1, який на валу здійснює обертальний рух, і шатуна 2, повзуна 3 (б) або куліси, які здійснюють зворотно-поступальний рух. Шатун з'єднаються з допомогою пальця 4 з робочим органом - поршнем 3 (а). На рис. 2.б дан варіант кривошипно-ползунного механізму, наприклад, в овочерізки.
Мал. 3. Кривошипно-шатунний і кривошипно-повзуни механізми
2. Передня опора (шасі літака ТУ-4)
Опора розташовується в носовій частині фюзеляжу. Ніша опори обмежена зверху підлогою кабіни екіпажу, з боків поздовжніми балками у вигляді суцільних стінок з поясами по верху і низу, спереду і ззаду ніша зашита суцільними стінками посилених шпангоутів. Знизу ніша закривається двома бічними стулками, шарнірно підвішеними до поздовжніх балках.
Стійка передньої опори складається з амортизатора, у верхній частині якого приварена траверсу з двома циліндричними цапфами з боків. За допомогою цих цапф стійка підвішується шарнірно до двох вузлів, встановленим на бічних балках ніші (Рис.6)
Вузли роз'ємні і забезпечені бронзовими втулками, до яких подається мастило від маслюк. Цапфи входять в ці втулки і притискаються до корпусу вузла кришками на болтах. На нижньому кінці штока амортизатора жорстко закріплений корпус механізму розвороту коліс. Усередині корпусу на роликовому підшипнику і бронзовому подпятнике обертається шпиндель, до якого знизу за допомогою похилої труби приєднуються осі коліс (Рис.7.)
Колеса своїми підшипниками встановлюються на ці осі і закріплюються зліва і справа затяжними гайками з наступною контровку шплинтами. При дії на колеса бічних навантажень шпиндель повертається в корпусі механізму в межах кутів, обмежених упорами на корпусі. Розворот літака на землі забезпечується диференціальних гальмуванням коліс головних опор і вільним орієнтуванням у напрямку руху коліс передньої опори.
На шпинделі спереду закріплений кронштейн, від якого спеціальної тягою рух розвороту коліс передається на гідравлічний демпфер шиммі. Демпфер лопатки типу закріплений болтами на корпусі механізму розвороту (Рис.8.)
Тяга шпинделя через важіль обертає валик з рухомими лопатками і переганяє рідина з однієї порожнини в іншу. Опір рідини запобігає розвитку автоколивань типу шиммі.
Для установки коліс в нейтральне положення після відриву літака від землі всередині шпинделя змонтований пружинно-роликовий механізм установки коліс по польоту. Він складається з гойдалки, шарнірно закріпленої у верхній частині шпинделя. На зовнішньому кінці качалки встановлено ролик, а внутрішньої її кінець за допомогою вертикального стрижня тисне на пружину, закріплену в шпинделі і має попередню затяжку близько 4000 Н (Рис.9.)
Рис.7. Рис.8. Рис.9.
При розвороті коліс шпиндель переміщує гойдалку з роликом по колу вперед або назад, змушуючи ролик перекочуватися по профільованою циліндричної поверхні, яка закріплена на корпусі механізму розвороту. Профіль виконаний таким чином, що будь-який розворот коліс від нейтрального положення переміщує ролик вгору і, стискаючи пружину, збільшує зусилля на ролик. В такому відхиленому від нейтралі становищі ролик може утримуватися тільки бічними навантаженнями на колесах. Після відриву літака від землі ці навантаження на колесах зникають і зусилля пружини змушує ролик скочуватися в нижню точку профілю, встановлюючи колеса в нейтральне положення строго по польоту.
Амортизатор стійки рідинно-газовий плунжерного типу з голкою. Циліндр і шток амортизатора пов'язані між собою двухзвенніком, що виключає розворот штока в циліндрі.
У випущеному положенні стійка утримується заднім складаються підкосом. Нижня ланка підкоса виконано у вигляді штампованою вилки, яка кріпиться до цапф на муфті циліндра. Верхнє ланка підкоса являє собою зварену трубчасту раму, яка своїми цапфами кріпиться до двох вузлів на бічних стінках ніші
Між собою верхнє і нижнє ланки підкоси пов'язані просторовим шарніром, що складається з сережки і двох взаємно перпендикулярних болтів (Рис.10.) Все цапфи підкоса забезпечені бронзовими втулками і мастилом від маслюк. До верхній ланці підкоси приєднаний гвинтовий підйомник, другий кінець якого пов'язаний з редуктором (Рис.11.)
Конічна шестерня редуктора одержує обертання від двох незалежних електроприводів, один з яких живиться від аварійної мережі. Обертання шестерень редуктора передається на сталевий гвинт, на якому встановлена \u200b\u200bбронзова гайка (Рис.12.)
Переміщення гайки уздовж осі гвинта сталевою трубою з вильчатим наконечником, приєднаним до підкосила повертає його верхня ланка вгору при збиранні і вниз при випуску стійки. На корпусі підйомника встановлені два блоки кінцевих вимикачів, які вимикаю привід у крайніх положеннях стійки і забезпечують її надійну фіксацію за рахунок самоторможения гвинтової пари (Рис.13.)
Стулки ніші відкриваються при випуску і закриваються при збиранні стійки. У випущеному положенні стулки фіксуються кулісним механізмом, що складається з двох шарнірно пов'язаних між собою важелів, кінці яких приєднані до стулками. У відкритому положенні стулок важелі замикаються підпружиненим стопором, що не дозволяє важелів складатися (Рис.14.)
У будівельних машинах для перетворення обертального руху в інші види рухів з метою передачі цього руху на робочий орган застосовуються різні механізми.
Рейковий механізм, гвинтовий і кулісні
У будівельних машинах для перетворення обертального руху в інші види рухів з метою передачі цього руху на робочий орган застосовуються різні механізми.
рейковий механізм
Конструкція: провідне зубчасте колесо і ведена зубчаста рейка.
Застосовується для перетворення обертального руху в поступальний.
Конструкція: ведучий гвинт і ведена гайка.
Застосовується для перетворення обертального руху в поступальний.
Конструкція: провідний кулачок і ведений шток з пружиною.
Конструкція: ексцентрик, шатун, повзун.
Застосовується для перетворення обертального руху в зворотно-поступальний.
Конструкція: провідний колінчастий вал з кривим шипом, ведений шатун, повзун.
Застосовується для перетворення обертального руху в хитається рух лаштунків.
Конструкція: провідний диск, повзун, ведена куліса.
Застосовується в бетононасосів.
Мальтійський механізм застосовується для перетворення безперервного обертового руху в переривчасте обертовий рух.
Конструкція: провідний диск з важелем, ведена мальтісса.
Храпповой механізм застосовується для перетворення обертального руху в переривистий обертальний рух, але з зупинкою і гальмуванням.
Конструкція: провідний елемент - храпповік, ведений - собачка (зупинний елемент).
Проектування кулисного механізму також виконується за заданим коефіцієнтом зміни середньої швидкості веденого ланки До υ.
Вихідні дані для синтезу:
До υ - коефіцієнт зміни середньої швидкості веденого ланки;
ℓ О1О3 ( м) - міжосьова відстань;
ℓ Smax ( м) - хід супорта.
потрібно визначити:
довжину кривошипа ℓ О1А ( м), Довжину лаштунки ℓ О3В ( м).
Рішення. Розраховується масштабний коефіцієнт довжини
μ ℓ \u003d ℓ О1О3 / [О 1 О 3] \u003d ( м / мм).
Вираховується чертежная довжина супорта S max \u003d ℓ Smax / μ ℓ \u003d ( мм).
Через довільно обрану точку О 3 проводиться вертикальна лінія у-у і на ній зазначається точка О 1 (рисунок 2.4).
Потім вважається кут розмаху лаштунки за формулою (2.9) і відкладається від вертикальної лінії кут θ / 2. Оскільки крайнім положенням кулисного механізму буде положення, коли кривошип і куліса розташовуються під прямим кутом, то довжина кривошипа визначиться з прямокутного трикутника ΔО 1 А про О 3:
ℓ О1А = ℓ О1О3 · Sin = (м). (2.14)
Чертежная довжина кривошипа визначиться з формули:
[О 1 А] \u003d ℓ О1А / μ ℓ \u003d ( мм).
Довжина лаштунки визначиться з прямокутного трикутника О1 КВ *:
ℓ О3В \u003d ℓ Smax / 2 \u003d ( м). (2.15)
Чертежная довжина куліси обчислюється за формулою:
[О 3 В] \u003d ℓ О3В / μ ℓ \u003d ( мм).
Малюнок 2.4 - До синтезу кулисного
механізму
Механізм будується в двох крайніх положення і для заданого кута φ.
Висновок коефіцієнта зміни середньої швидкості До υ дан в п. 2.3.1.
2.3.3 Синтез кулисного механізму з обертається кулісою
Вихідні дані для проектування: коефіцієнт зміни середньої швидкості До υ, довжина кривошипа 
(м), Хід повзуна ℓ Smax ( м), Середня швидкість повзуна С υ
ср ( м / с), Кут тиску ( град).
визначити: міжосьова відстань ℓ О1О3 ( м), Довжину нижньої частини лаштунки ℓ О3В ( м), Довжину шатуна ℓ ВС і побудувати схему механізму для кута φ \u003d 120 о.
Рішення. Особливістю даного механізму є те, що куліса робить повний оборот навколо опори. Тому «мертвим» положенням вважається положення лаштунки в крайньому лівому і крайньому правому положеннях. При цьому шатун ВС і мала частина куліси Про 3 В розташовані на одній лінії. Також обов'язково, щоб хід повзуна З проходив через т. Про 3 - центр обертання куліси (рисунок 2.5).
Малюнок 2.5 - До синтезу механізму з обертається кулісою
Розраховуємо число оборотів кривошипа
(2.16)
Кут холостого ходу
(2.17)
кут перекриття
θ \u003d 180 про 
= (град).
Міжосьова відстань визначитися з трикутника О 1 О 3 У 0
(2.18)
Довжина важеля О 3 В (короткої частини лаштунки АВ) розрахується за формулою
.
(2.19)
Довжина шатуна ЗС
(2.20)
Після розрахунків довжин в м, Визначаємо їх в мм і будуємо механізм в двох крайніх положеннях (див. п. 2.3.2).
Для побудови механізму для заданого положення кута «φ» необхідно відкласти заданий кут «φ» від т. « А Про »В бік частоти обертання n 1 на її траєкторії руху. Отримана точка « А»З'єднується з точками« Про 1 »І« Про 3 ». Механізм спроектований і побудований.
2.3.4Сінтез кривошипно-ползунного механізму
Вихідні дані до синтезу:
S B ( м) - хід поршня (повзуна),
λ \u003d ℓ АВ / ℓ ОА - відношення довжини шатуна до довжини кривошипа,
υ СР ( м / с) - середня швидкість руху поршня.
необхідно визначити:
n 1 ( об / хв) - число оборотів кривошипа;
довжину кривошипа ℓ ОА ( м);
довжину шатуна ℓ АВ ( м).
Рішення.У цьому механізмі швидкість робочого ходу дорівнює швидкості холостого ходу (υ рх \u003d υ хх). Тоді кут робочого ходу дорівнює куту холостого ходу, тобто φ рх \u003d φ хх (рисунок 2.1). Тому коефіцієнт зміни середньої швидкості поршня Вдорівнює одиниці (К υ \u003d 1). Виходячи з цих умов, не можна спроектувати кривошипно-повзуни механізм за коефіцієнтом зміни середньої швидкості веденого ланки До υ. необхідно застосовувати кінематичний синтез.
Синтез проводиться таким чином. Кутова швидкість кривошипа
ω 1 \u003d πn 1/30, (2.21)
де n 1 - число оборотів кривошипа.
Час, за яке кривошип здійснює повний оборот
t \u003d 2π / ω 1. (2.22)
Підставивши формулу (2.21) в вираз (2.22), маємо:
t \u003d 2π30 / πn 1 іліt \u003d 60 / n 1.
Відомо, що за повний оборот кривошипа ОА поршень Вздійснює два ходи. тоді:
S B \u003d 2ℓ ОА і 2S B \u003d υ ср t \u003d υ ср 60 / n 1 іліS B \u003d 30υ ср / n 1.
Прирівнюючи ці два значення, маємо
2ℓ ОА \u003d 30υ ср / n 1.
Звідси: довжина кривошипа дорівнює
ℓ ОА \u003d 15υ ср / n 1 або ℓ ОА \u003d 1 / 2S B \u003d ( м). (2.23)
Число оборотів кривошипа висловимо з формули ходу поршня
n 1 \u003d 30υ ср / S B \u003d ( об / хв). (2.24)
Довжину шатуна визначимо через ставлення λ
ℓ АВ \u003d λℓ ОА \u003d ( м). (2.25)
Таким чином, ми визначили всі невідомі параметри кривошипно-ползунного механізму. Знаходимо масштабний коефіцієнт довжини, довжини ланок в ммі будуємо механізм (рисунок 2.1).
Питання для самоконтороля
Сформулюйте задачу синтезу про відтворення заданого закону руху.
Наведіть приклади механізмів, в яких потрібно отримати досить точне відтворення заданого закону руху.
Визначте довжини кривошипа і шатуна в кривошипно-повзуни механізм по його середньої швидкості.
Визначте розміри кривошипа і шатуна за коефіцієнтом зміни середньої швидкості та довжині вихідної ланки в шарнірному четирехзвенніке.
Визначте довжину кривошипа і лаштунки в кулісні механізму за коефіцієнтом зміни середньої швидкості вихідної ланки.
Контркрівошіп. Рухи золотника і поршня повинні бути строго узгоджені один з одним, інакше парова машина не зможе нормально працювати. Тому привід золотника здійснюється від додаткового -золотнікового - кривошипа, посадженого на ту ж вісь, що і головний поршневий кривошип, і з'єднаного з повзуном золотника своїм дишлом.
У попередньому параграфі було наочно показано, що при передньому ході паровоза, коли головний кривошип знаходиться вище осі колеса (див. Рис. 59, а), золотник (зображений суцільними лініями) повинен бути зміщений назад від свого середнього положення, щоб забезпечити постачання робочої ( на малюнку задньої) порожнини циліндра паром і повідомлення неробочий його порожнини (на малюнку передній) з фарсовим конусом. Коли ж головний кривошип знаходиться нижче осі колеса, то при тому ж передньому ході паровоза золотник повинен бути зміщений вперед від свого середнього положення (див. Рис. 59, б). Отже, в момент зміни напрямку руху поршня, т. Е. В п.м.т і з.м.т, золотник обов'язково-повинен знаходитися в своєму середньому положенні, готуючись до впуску пари в одну порожнину циліндра і випуску пари з іншого. Звідси ясно: якщо приводити золотник в рух від спеціального золотникового кривошипа, то цей кривошип повинен бути посаджений під кутом 90 ° до головного кривошипа, чому його і прийнято називати контркрівошіпом.
Для руху паровоза заднім ходом необхідно, щоб при розташуванні кривошипа вище осі колеса (див. Рис. 59, а) свіжий пар з котла подавався в передню порожнину циліндра, а задня порожнину в цей час була б повідомлена з атмосферою. Це можливо здійснити, якщо диски золотника займуть положення, позначене на рис. 59, а штриховими лініями, т. Е. Дзеркальне по відношенню до їх місцезнаходженням при передньому ході (окреслено суцільними лініями). В цьому випадку пар з котла по патрубку 2 потрапить в золотникову камеру 5 між дисками золотника 4, показаними штриховими лініями, потім по каналу 6 надійде в передню порожнину циліндра і почне тиснути на поршень 9, змушуючи його переміщатися в бік задньої кришки. Разом з поршнем в тому ж напрямку будуть рухатися з'єднані з ним деталі.- скалка 10 і повзун 12.
В тому що повітря (на початку руху) або пар, що знаходяться в задній порожнини циліндра, і при задньому ході НЕ будуть протидіяти силі свіжої пари, легко переконатися. В цьому випадку задня порожнину циліндра з'єднана з атмосферою через канал 7 (див. Рис. 59, а), простір золотникової камери 5 ззаду заднього диска золотника (зображений штрихами), патрубок 1 і форсовий конус.
Точно так само і при русі кривошипа в межах півкола, що лежить нижче осі колеса (див. Рис. 59,6), золотник при задньому ході повинен займати положення, оппозітниє по відношенню до своїх відповідних положень при передньому ході; одне з таких оппозітних положень показано на рис. 59, б штриховими лініями. В цьому випадку пар з котла, який увійшов через патрубок 2 в простір золотникової камери 5, обмежене дисками золотника 4 (штрихові лінії), по каналу 7 попрямує в задню порожнину циліндра і змусить поршень 9 рухатися в бік передньої кришки циліндра 8. Повітря або пар з передній порожнини циліндра будуть видалятися через канал 6 в частину золотникової камери 5, розташовану перед переднім диском (штрихові лінії) золотника 4, і далі через патрубок 3 і форсовий конус -в атмосферу.
Кривошип і контркрівошіп, взаємне положення. Розглядаючи рис. 61, легко прийти до висновку: якщо при положенні головного кривошипа і лоршня в з.м.т золотник знаходився в середньому положенні, як зазначено на малюнку, то при подальшому русі паровоза переднім ходом золотник повинен рушити назустріч поршню, щоб відкрити канал 7 для впуску пара в задню порожнину циліндра і одночасно відкрити канал 6 для випускання пари з передньої порожнини циліндра. А таке зустрічний рух поршня і золотника можливо тільки в тому випадку, якщо контркрівошіп 13 відстає в своєму обертанні від кривошипа 15, т. Е. Посаджений так, як вказано на рис. 61. Це можна перевірити. У паровоза, що рухається переднім ходом (див. Стрілку напрямок обертання), головний кривошип 15 з з.м.т буде описувати верхню півколо свого шляху, а пов'язана поршневим дишлом з його пальцем 14 поршнева група: поршень, скалка і повзун (на малюнку не показані) - віддалятися від ведучого колеса, тоді як контр кривошип 13, слідуючи в своєму обертанні за годинниковою стрілкою, слідом за кривошипом 15 і впливаючи пальцем 12 через тягу 11 на золотниковий повзун 10, направляється паралелями 9, і з'єднану з ним золотникову качалку 8, змусить золотник 4 рухатися в бік ведучого колеса, т. е. назустріч поршневий групі. При цьому задній диск золотника, зрушуючи вліво, почне відкривати канал 7 для впуску свіжого пара в задню порожнину циліндра через патрубок 2 і простір золотникової камери 5, розташоване між дисками золотника 4. Одночасно передній диск золотника, зрушуючи теж в сторону ведучого колеса, повідомить передню порожнину циліндра з атмосферою через канал 6, простір золотникової камери між її передній кришкою і переднім диском золотника і далі через патрубок 3 з форсовим конусом.
Задній хід. Уявімо, що паровоз рухається заднім ходом, т. Е. Колеса обертаються проти годинникової стрілки (див. Рис. 61). Тоді, щоб змусити кривошип 15 описувати нижню півколо свого шляху, треба направити свіжий пар в задню порожнину циліндра через канал 7 і для цього зрушити золотник 4 в сторону ведучого колеса. Однак контркрівошіп 13, навпаки, почне зрушувати золотник до його передній кришці і подасть свіжий пар в передню порожнину циліндра, з'єднавши задню порожнину каналами 7 і 1 з форсовим конусом. Це відбудеться тому, що при задньому ході контркрівошіп 13 зображений на рис. 61 не наслідуватиме через 90 ° за кривошипом 15, а навпаки, стане випереджати його на той же кут. Щоб змусити машину рухатися заднім ходом, необхідно повернути контркрівошіп 13 в дзеркальне (оппозітноє) положення, позначене на рис. 61 штріхпунктіром; тяга 11, що зв'язує палець контркрівошіпа з золотниковим повзуном 10 при новому положенні контркрівошіпа, також зображена штрих-пунктиром. Отже, щоб паровоз міг рухатися і вперед і назад »контркрівошіп повинен для кожного напрямку руху встановлюватися в відповідне положення - переднього або заднього ходу.
Однак змінювати положення контркрівошіпа на провідному колесі з «прямого» (передній хід) на «оппозітноє» (задній хід) неконструктивно. Простіше забезпечити машину двома контркрівошіпамі переднього і заднього ходу і в залежності від потрібного напрямку руху з'єднувати задню головку тяги 11 (до золотника) з відповідним контркрівошвпом. Аж до Великої Вітчизняної війни в паровозному парку СРСР були ще машини з двома контркрівошіпамі, виконаними у вигляді ексцентриків, насаджених на середню частину провідної осі; це паровози з двухексцентріковим паророзподільних механізмом Стефенсона, Гуча і Аллана (паровози Р, Ч н, Ч до і ін.).
Механізм зміни ходу з одним контркрівошіпом. Тим часом не становить труднощів застосувати для руху в обох напрямках один жорстко встановлений контркрівошіп, якщо привід золотника організувати через рівноплечого важіль першого роду 6 (рис. 62, а), вставлений між половинками розрізаної на дві частини тяги до золотника; тут її передню половинку 2 назвемо золотникової тягою, а задню частину 3 - контркрівошіпной (ексцентрикової) тягою. Важіль 6 закріплений своєї серединою за допомогою шарніра 7 на рамі паровоза. Слід звернути увагу: щоб переміщення золотника були при обох випадках закріплення золотникової тяги - на передній хід за нижній кінець важеля (суцільна лінія), на задній хід за верхній кінець важеля (штрихова лінія)-абсолютно однаковими, вісь хитання (точка підвісу о) важеля 6 повинна знаходитися на осі золотникової камери, як показано на рис. 62, а. Якщо ця умова не буде дотримана і між горизонтальними площинами, в яких лежать вісь золотникової камери і вісь точки підвісу про важеля 6 (рис. 62, б), виявиться відстань h, - рух золотника при передньому і задньому ході паровоза буде різним. Це легко перевірити. Якщо при передньому ході золотникова тяга 2, поєднана з нижнім кінцем важеля 6, встановить при з.м.т золотник в середнє положення, то коли задній кінець q золотникової тяги буде з'єднаний з верхнім кінцем q "важеля 6, при з.м.т виявиться, що золотник зміститься з середнього положення назад. Нове положення валика 1 золотникового повзуна буде s "; знайти його просто: адже довжина золотникової тяги qs залишається незмінною, тому приклавши вістрі ніжки циркуля, розсунутого на цю величину qs, до верхнього кінця q "двуплечего важеля 6 при з.м.т, робимо іншою ніжкою зарубку на осі золотникової втулки. Відстань s "s одно зміщення золотника з середнього положення через невірне розташування точки підвісу про важеля 6. Мало того, щоб переміщення золотника при передньому і задньому ході були ідентичні, а в з.м.т і п.м.т він займає середину , необхідно точку захоплення q двуплечего важеля 6 контркрівошіпной (ексцентрикової) тягою 3 розташовувати в горизонтальній площині, в якій лежить вісь ведучого колеса, як показано на рис. 62, а.
Справді, при установці машини в з.м.т і п.м.т місцезнаходження осі валика 1 золотникового повзуна має бути в обох випадках однаковим, визначальним середнє положення золотника. Уявімо, що точка захоплення рівноплечого важеля при з.м.т буде розташована на h мм вище горизонтальної площини, в якій лежить вісь колеса (рис. 62, в), центр валика 1 золотникового повзуна займає положення s, відповідне середньому положенню золотника. Коли провідне колесо зробить півоберта і кривошип 4 займе положення п.м.т, палець n контркрівошіпа 5 встане в положення п 1. Щоб знайти нове положення точки захоплення рівноплечого важеля 6, окреслимо з точки гойдання про цього важеля частина дугового шляху tt точки захоплення q, а з центру нового положення контркрівошіпного пальця n 1 зробимо на цьому шляху tt зарубку, розставивши ніжки циркуля на довжину контркрівошіпной (екедентріковой) тяги 3, яка визначається відстанню nq. Ця зарубка q 1 визначить місце розташування точки захоплення при п.м.т. З точки q 1 зробимо зарубку на лінії переміщення центру валика золотникового повзуна 1, розставивши ніжки циркуля на довжину золотникової тяги 2, рівну qs. Отримана точка s 1 вкаже місце розташування центру валика золотникового повзуна при п.м.т., а відстань ss 1 визначить зсув золотника вперед з середнього положення, якого при правильно сконструйованому механізмі бути не повинно. Таким же шляхом можна показати, що зміщення точки захоплення рівноплечого важеля при з.м.т вниз також викличе при п.м.т неприпустимий зсув золотника з середнього положення.
Правильне розташування точки захоплення а рівноплечого важеля встановлює цей важіль в середнє (вертикальне) положення і в з.м.т і п.м.т. Центр 5 валика 1 золотникового повзуна (див. Рис. 62, с), що визначає положення золотника при з.м.т і п.м.т, буде знаходитися в одному і тому ж місці (середньому положенні), якщо трикутники оqs і ОQ "s дорівнюватимуть. Їх сторона os загальна, q" s \u003d qs, оскільки це незмінна в процесі роботи довжина золотникової тяги 2, а сторони ОQ і ОQ "рівні між собою по условію- важіль 6 рівноплечого. Таке можливо тільки в тому випадку, коли точки про - гойдання важеля 6 і s - центру валика золотникового повзуна лежать на осі золотникової камери і трикутники оqs і ОQ "s прямокутні. Тепер можна сформулювати два основних принципи, яким повинен відповідати зовнішній паророзподільних механізм.
- Ось (точка підвісу) двуплечего важеля зміни ходу повинна розташовуватися на осі золотникової камери.
- Точка захоплення двуплечего важеля головкою контркрівошіпной (ексцентрикової) тяги повинна знаходитися у горизонтальній площині, в якій розташовується вісь провідної колісної пари.
кулиса . Міняти місце з'єднання золотникової тяги з рівноплечого важелем перед кожною зміною напрямку руху паровоза так само незручно, як поперемінно з'єднувати її з контркрівошіпом переднього або заднього ходу. Щоб уникнути такого незручності, двуплечий важіль цоц "замінюють кулісою 2 (рис. 63) рамка, всередині якої може ковзати без перекосу камінь 3. Задній кінець золотникової тяги 4 роблять у формі вилки, що облягає бічні торці лаштунки, і з'єднують з каменем валиком 5 , утримуваним на місці за допомогою шплінтів 6. Для з'єднання куліси з контркрівошіпной (ексцентрикової) тягою у неї внизу ззаду отковивают вушко 1. При кулісі немає потреби перед зміною напрямку руху паровоза виробляти будь-яку розбирання та складання в механізмі паророзподілу; досить опустити камінь з з'єднаної з ним виделкою золотникової тяги вниз і паровоз буде рухатися переднім ходом; якщо ж підняти камінь з виделкою в самий верх куліси, паровоз піде заднім ходом.
Кістякова схема такого механізму представлена \u200b\u200bна рис. 62, м На схемі задній кінець золотникової тяги 2 шарнірно з'єднаний з кулісним каменем 8, а передній кінець контркрівошіпной (ексцентрикової) тяги 3 шарнірно з'єднаний з нижнім кінцем лаштунки 6, яка підвішена і може коливатися на шарнірі 7, розташованому в її середині.
відсічення; перекриші; робоча ширина золотникового диска . До сих пір робота парової машини розглядалася в припущенні впуску пари в циліндр за весь час ходу поршня від одного мертвого положення до іншого. Хоча в такому випадку машина, здавалося, розвиває максимальну силу і потужність, однак це і невірно і невигідно.
Невигідно тому, що по приході поршня в мертву точку весь пар котлового тиску з відпрацювала порожнини циліндра доведеться викидати в атмосферу, хоча він продовжує володіти тим же, практично, запасом потенційної енергії, який він мав при впуску. Мало того, випуск такої кількості пара з високим тиском відбуватиметься з працею: випускається пар буде надавати велике засунений на неробочу сторону поршня і тим самим забирати значну частину сили і енергії, що розвиваються паром в робочій порожнині циліндра. Щоб використовувати потенційну енергію свіжої пари більш раціонально, впуск його в циліндр припиняють задовго до приходу поршня в мертву точку. Тоді залишок свого ходу в даному напрямку поршень буде рухатися за рахунок розширення знаходиться в циліндрі пара. При цьому тиск і температура працюючого пара будуть помітно падати, а тому при випуску його з циліндра під час зворотного ходу поршня відпрацьована пара надасть значно менший опір; протитиск, який чиниться їм на неробочу сторону поршня, різко знизиться і одночасно істотно зросте к.к.д. парової машини. Припинення (відсікання) впуску пари в робочу порожнину циліндра до приходу поршня в мертву точку називається отсечкой, вимірюється в десятих частках ходу поршня і позначається грецькою буквою е (епсилон). Так, наприклад, відсічення е \u003d 0,6 означає, що на шести десятих ходу поршня в циліндр впускается свіжий пар, а інші чотири десятих свого ходу поршень рухається під дією розширюється пара. Розрахунками і практикою встановлено, що паровоз з двома паровими машинами (правої і лівої), кривошипи яких заклинило під кутом 90 ° один до одного, при будь-якому положенні своїх машин може рушити з місця, якщо відсічення встановлене е \u003d 0,7 -: - 0 , 75.
Але, щоб зробити відсічення, т. Е. До приходу золотника в середнє положення закрити в золотниковому дзеркалі вікно - отвір каналу, але з яким свіжий пар надходить в робочу порожнину циліндра, необхідно збільшити ширину золотникового диска з боку впускання пари на деяку величину, що визначає максимальний розмір відсічення. Цей добавок до ширини диска носить найменування перекриша впуску та його розмір позначається буквою е; на цю величину золотниковий диск в середньому положенні золотника перекриває вхідну кромку вікна в золотникової втулки (рис. 64); звідси назва - перекриша.
Поршень з качалкою, повзун і передня головка поршневого дишла, підходячи до мертвій точці, в якій вони повинні змінити напрямок руху, мають значний запас інерції. Щоб погасити її і зробити перехід через мертву точку більш плавним, ненаголошених, вікно, через яке виходить з неробочої порожнини циліндра відпрацьована пара, закривають до приходу поршня в з.м.т і п.м.т. Цим створюється так звана подушка з залишку пара в циліндрі. Для цього золотникові диски з зовнішніх, випускних сторін розширюють так, щоб при середньому положенні золотника випускні робочі кромки дисків перекривали кромку вікна на деяку величину г, звану перекришу випуску. Тоді загальна робоча ширина кожного диска виявляється рівною сумі ширини вікна а й обох перекришу - впуску е і випуску i, Т. Е. b \u003d а + е + i.
Проміжні відсічення, кривизна лаштунки. Навантаження на паровоз змінюється в досить широких межах; він може везти потяг великої маси з найбільшою можливою швидкістю, використовуючи всю потужність, яку дозволяють йому розвинути його парова машина і котел, а іноді потрібно, щоб паровоз слідував без складу, резервом і тоді витрата потужності на свій рух, звичайно, буде у багато разів менше. Отже, парова машина паровоза повинна забезпечувати зміна розвивається нею потужності в досить широких межах. Очевидно, змінювати для цього параметри готується котлом пара, зменшуючи його тиск і температуру, нераціонально: зниження тиску і температури
свіжого пара істотно погіршить к.к.д. парової машини. Але не це головне. Навіть обслуговуючи один і той же поїзд в однакових погодних умовах, машиніст змушений часто варіювати потужність парової машини в досить широких межах - від максимальної до нуля. Наприклад, слідуючи по затяжного спуску, він закриває регулятор, і паровоз зі складом рухається під дією сил інерції і слагающей сили тяжіння; на рівнинній ділянці - використовує тільки частину тієї потужності, яку може дати паровоз, а на крутому підйомі змушує паровоз розвинути максимальну потужність. Так як еті.ізмененія потужності слідують один за одним в різних комбінаціях і через невеликі проміжки часу, то проводила регулювання тиску пара в казані і його температуру виявляється не тільки невигідним, а й неможливим.
Потужність, що розвивається паровою машиною паровоза, при інших рівних умовах буде змінюватися пропорційно кількості витрачається пара на цикл роботи машини. Чим раніше буде відбуватися відсічення (т. Е. Чим менше вона буде), тим менше пара буде подано в циліндри парової машини і тим більшу частину свого ходу поршень буде проходити під дією розширюються пара. Але розмах лаштунки внаслідок незмінності розміру радіуса контркрівошіпа для даної машини постійний, і зменшити відсічення можна тільки одним шляхом: зсунувши кулісні камінь ближче до центру гойдання (точці підвісу) лаштунки. Це зменшить хід золотника пропорційно видаленню осі валика каменю лаштунки від точки її підвісу і тим самим змусить золотник виробляти відсічення раніше, т. Е. Зменшить її. А це як раз і потрібно. Отже, зміна відстані від осі валика кулисного каменю до точки підвісу лаштунки пропорційно змінює відсічення, т. Е. Наповнення циліндрів свіжим паром. На деякій величині згаданого відстані відсічення стає нульовою, т. Е. Впуск пари не відбувається. У цьому випадку переміщення золотника на відкриття не перевищує перекриші впуску, і парове вікно в золотникової камері не відкривається зовсім. Коли ж вісь валика кулисного каменю збігається з віссю гойдання куліси (точкою підвісу), то рух золотника припиняється повністю, хоча куліса продовжує робити повний розмах.
Здавалося б знайдений простий вихід для отримання на паровій машині паровоза малих відміток. Однак, якщо куліса збереже прямолінійність свого лазу для каменю, то на малих відсічення вона стане працювати погано, нерівномірно. Справді, якщо поставити машину в п.м.т або з.м.т, коли куліса займе середнє положення, і почати зміщувати камінь в сторону точки підвісу лаштунки, то золотник НЕ буде при цьому залишатися на місці в своєму середньому положенні. Завдяки незмінності довжини золотникової тяги золотник у міру наближення каменю до точки підвісу лаштунки почне йти вперед з середнього положення тим далі, чим ближче до точки підвісу лаштунки перенесуть кулісні камінь (див. Рис. 62, д).
Це нескладно встановити і довести також математичним шляхом. Справді, трикутники оаs і оа "s" прямокутні і по теоремі Піфагора
(Аs) 2 \u003d (ОА) 2 + (оs) 2 і (а "s 1") 2 \u003d (ОА ") 2 + (оs" 1) 2.
Але гіпотенузи цих трикутників рівні один одному, тому що являють собою незмінні від переміщення каменю в кулісі довжину золотникової тяги, т. Е. аs \u003d а "s" 1. Природно, рівні один одному і квадрати цих гіпотенуз, т. Е. (Аs) 2 \u003d (а "s" 1) 2, А значить і (Оа) 2 + (оs) 2 \u003d (ОА ") 2 + (оs" 1) 2.
Так як з побудови оа "<оа , То і (Оа ") 2< (оа) 2 . Але тоді попереднє рівність може бути дотримано лише в тому випадку, коли (Оs 1 ") 2\u003e (оs) 2, Т. Е. оs 1 "\u003e оs, Що й треба було довести: золотник при установці кулисного Камія в позицію а " зрушиться з свого середнього положення вперед на величину ss 1 ", Якщо куліса знаходиться в своєму середньому (стрімкому) положенні.
Рішення поставленого завдання як елементарно, настільки і витончено: досить паз в кулісі для каменю вдіяти не прямолінійним, а описати радіусом, рівним довжині золотникової тяги, т. Е., Що дорівнює відстані між осями валика кулисного каменю і валика золотникового повзуна (див. Рис. 62 , е). Тоді, якщо куліса поставлена \u200b\u200bв середнє (вертикальне) положення і точка її підвісу лежить на осі камери золотника, то переміщення каменю по всій її довжині не викликатиме ніякого зсуву золотника з його середнього положення. Це вже механізм не тільки зміни ходу, але і механізм наповнення (отсечек).
Тепер в двох основних принципах, яким повинен відповідати зовнішній паророзподільних механізм (див. С. 83), слова «двуплечего важеля зміни ходу» слід замінити словом «куліса» і додати до них ще третій.
3. Кулиса повинна бути описана радіусом, рівним довжині золотникової тяги і спрямована опуклістю назад.
Перекладної механізм. Щоб машиніст міг змінювати величину відсічення і напрямок руху паровоза зі свого місця в будці, парову машину паровоза постачають перекладним механізмом (рис. 65). Поперек рами паровоза укладають в підшипниках перекладної вал 12, кінці якого забезпечені важелями 13. За допомогою валиків підвіска 14 з'єднує важіль 13 з золотникової тягою 2 і дозволяє в міру повороту переказного вала 12 переміщати кулісні камінь по кулісі в потрібне положення. Гвинт 8 з гайкою 9 кріплять біля крісла машиніста. Обертаючи цей гвинт за рукоятку маховика 7, машиніст переміщує гайку 9 уздовж гвинта, а поєднана з гайкою перекладна тяга 10, впливаючи на важіль 11, закріплений на переказному валу 12, повертає останній і через важіль 13 і підвіску 14 встановлює кулісні камінь в необхідне положення. Щоб виключити довільний поворот гвинта 8, його постачають зубчастим колесом. За допомогою укріпленої на рамі засувки (на схемі не показана) машиніст фіксує зубчасте колесо і тим самим положення каменю в кулісі.
Випередження (попереджання) впуску та випуску пари. При знаходженні машини в з.м.т або п.м.т розглянутий вище механізм наповнення ставить кулісу, а тим самим і золотник в середнє положення, при якому диски золотника, навіть з нульовими перекришу впуску та випуску, закривають вікна в дзеркалі золотника. Тоді в мертвій точці свіжий пар не може потрапити в циліндр, а отработавшнй - почати залишати циліндр. І тільки коли колеса провернути на деякий кут, робоча порожнину циліндра почне наповнюватися свіжим паром, а відпрацьована пара почне виходити в конус і атмосферу. У перші моменти в відкрилися вузьких щілинах між робочими крайками вікон і золотника буде відбуватися сильне мятіе пара, в результаті якого тиск пара в робочій порожнині буде наростати дуже повільно, а засунений на неробочу сторону поршня також повільно падати. Так буде при відсутності перекришу. А якщо золотник, як це завжди буває, має перекришн, та ще досить великі, то впуск свіжого пара в робочу порожнину і випуск відпрацьованого пара з іншої порожнини почнуться, коли колесо провернеться на значний кут. Щоб такого не сталося, щоб свіжий пар в робочу порожнину вже в мертвій точці надходив без істотного мятія, а тиск відпрацьованої пари в мертвій точці різко впало, необхідно заздалегідь до приходу машини в з.м.т або п.м.т зрушити золотник з середнього положення на величину, більшу перекриші впуску (і випуску), т. е. організувати випередження (попереджання) впуску та випуску. Лінійну величину випередження прийнято позначати грецькою буквою V з індексом внизу, що вказує попереджання впуску \\ "е або випуску ЛЧ. Лінійна величина випередження впуску коливається на паровозах СРСР в межах від 4 до 8 мм.
Зрушити золотник з середнього положення на величину перекриші впуску плюс лінійна величина випередження впуску (е + v е) можливо за рахунок відповідної зміни кута насадки контркрівошіпа щодо кривошипа, як показано на рис. 66, де d - кут випередження, що забезпечує отримання потрібної величини v e.
У деяких системах паророзподілу застосовувався такий спосіб створення потрібного попереджання впуску. Можна було б застосувати його і в розглянутому механізмі. Однак це не можна вважати раціональним і перш за все через змінної лінійної величини випередження, яка буде залежати від відсічення.
Справді, зменшення відсічення наближенням кулисного каменю до точки підвісу лаштунки скорочує хід золотника і відповідно зменшує величину лінійного передування. Але малі відсічення, особливо на швидкохідних паровозах, застосовуються на великих швидкостях, коли помітно скорочується тривалість відкриття вікна. А зменшення твори величини відкриття вікна на тривалість його відкриття (час - перетин) істотно впливає на мятіе пара н наповнення циліндра паром і його спорожнення від відпрацьованого. При забезпеченні попереджання за рахунок кута насадки виходить непереборні протиріччя; при великих швидкостях зменшується відсічення, а разом з нею зменшується час - перетин і попереджання, що призводить до різкого падіння потужності парової машини.
Тому на паровозах є спеціальний механізм випередження, що забезпечує зрушення золотника при знаходженні поршня в мертвих точках з середнього положення на величину перекриші впуску плюс лінійна величина випередження впуску (е + v е). Він складається (рис. 67) з маятника 3, підвішеного у верхній точці й і сполученого з валиком золотникового повзуна в проміжній точці f. Поводок 1, закріплений на поршневому повзунові, з'єднується з нижньою точкою g маятника за допомогою маятникової тяги 2 такої довжини, щоб при знаходженні поршня (повзуна) на середині ходу вісь маятника була перпендикулярна осі циліндра (рис. 67, а).
Тут слід звернути увагу на те, що при положенні поршня (повзуна) на середині ходу кривошип не перебуває у стрімкому положенні, а зрушать убік циліндра на деякий кут у. Справді, відстань аb, якщо точка b відповідає положенню центру валика повзуна на середині його ходу, дорівнює довжині поршневого дишла. Але ж і відстань сb є теж довжина цього ж дишла, надягнутого на палець кривошипа, т. Е. Сb-аb. Щоб визначити місце розташування точки с, досить розчином циркуля, рівним аb, зробити на окружності руху центру пальця кривошипа зарубку с, використовуючи центрам вісь b валика повзуна. Кут у або відповідна йому лінійна величина недохід центру пальця кривошипа до вертикалі називаються кутом перебігаючи у і перебігаючи поршня hа.
Перебігаючи поршня нескладно визначити. Трикутники сhа і сhb прямокутні. По теоремі Піфагора
(СH) 2 + (hb) 2 \u003d (сb) 2; (1)
(СH) 2 + (hа) 2 \u003d (са) 2; (2)
Але hа + hb \u003d аb \u003d сb \u003d L - це довжина поршневого дишла, са \u003d R - радіус кривошипа, а hа \u003d Х-шуканий перебігаючи. Тоді з (1) (СH) 2 + 2 \u003d L 2; (СH) 2 + L 2 ~ 2LХ + Х 2 \u003d L 2, отже, (СH) 2 + Х 2 \u003d 2LХ. Але з (2) (СH) 2 + Х 2 \u003d R 2, значить 2LХ \u003d R 2 і остаточно перебігаючи поршня дорівнює X \u003d R 2 / 2L
Коли поршень прийде в мертву точку, т. Е. Вчинить зі свого середнього положення шлях, рівний радіусу кривошипа R, золотник повинен виявитися в положенні попереджання впуску, т. Е. Бути зрушеним з середнього положення на величину, що дорівнює сумі перекриші впуску та попереджання впуску , т. е. е + v е (рис. 67, а, б).
Звідси співвідношення плечей маятника 
. Тоді v e 
Всі величини в правій частині рівняння для даного паровоза незмінні. Звідси випливає, що такий маятниковий механізм забезпечує сталість лінійного випередження впуску при будь-яких відсічення і швидкостях руху.
Кулісний механізм Вальшерта 1 . Кулісний механізм наповнення і маятниковий механізм випередження в своїй роботі вдало поєднуються один з одним. Коли поршень знаходиться в мертвій точці, механізм випередження зрушує золотник на ту максимальну величину, на яку він може його зрушити. Але в цей самий момент куліса займає своє середнє положення і тому вплив від контркрівошіпа на золотник дорівнює нулю. Адже якби не було механізму випередження, золотник під дією механізму наповнення знаходився б в своєму середньому положенні і переміщення каменю по кулісі в будь-якому напрямку на будь-яку величину не робило на положення золотника ніякого впливу.
Навпаки, коли поршень знаходиться на середині свого ходу, вплив механізму наповнення на золотник найбільше - він зрушує його на максимальну величину, відповідну встановленої положенням каменю в кулісі відсіченні. В цей же момент маятник встановлюється перпендикулярно осі циліндра і його вплив на золотник відсутня. Якби механізму наповнення не було або, що те ж саме, камінь в кулісі був би поставлений в точку гойдання куліси, золотник знаходився б в своєму середньому положенні.
Вказана обставина дозволяє з'єднати обидва ці механізму в один загальний. Для чого досить розташувати точку підвісу лаштунки на висоті верхньої точки маятника і з'єднати передню головку золотникової тяги з цією точкою маятника (рис. 68). Тепер тягу 3 слід називати радіальної (її довжина становить радіус кривизни куліси).
Необхідно зауважити, що золотник в такому механізмі отримує від кулісною частини переміщення, зменшені на співвідношення плечей маятника в к \u003d (tg) / (dg) раз.
Отже, в такому ж співвідношенні слід збільшити радіус контркрівошіпа або розміри лаштунки, щоб отримати необхідні переміщення золотника від механізму наповнення.
Особливості механізмів паророзподілу паровозів СРСР.
1. При відсіченні ?=0,75 в правильно зібраної і відрегульованим двоциліндрової парову машину простого дії при будь-якому положенні кривошипів, по крайней мере, одна порожнина якого-небудь циліндра повідомлена з простором між дисками золотника; отже, при відкритому регуляторі паровоз обов'язково рушить з місця. Тому розміри лаштунки обмежені максимальною отсечкой ?=0,75 .
Але тоді для дотримання другого принципу механізму наповнення довелося б забезпечити кулісу дуже довгим хвостовиком dp 0 (Рис. 69), а це в свою чергу зажадало б значно збільшити радіус контркрівошіпа для створення необхідного ходу золотника. Щоб зберегти радіус контркрівошіпа в певних межах, зменшують довжину хвостовика куліси, піднімаючи точку захоплення її на висоту h над збігаються віссю циліндра і лінією центрів рушійних колісних пар А-А.
На паровозах Е в / і "найменша відстань точки захоплення від осі циліндрів h \u003d 230 мм, а на паровозах Л - близько 100 мм.
Нове положення точки захоплення р визначають перенесенням колишнього положення р 0 по дузі, описаної з центру про провідною колісної пари, до перетину з прямою, паралельною осі циліндра і віддаленої від неї на h , Мм. Тоді рівносторонній трикутник m 0 p 0 m 1 0 повертається на кут? в нове положення mpm 1 зменшуючи свою основу (подвоєний радіус контркрівошіпа) пропорційно зменшенню відстані від точки підвісу про " куліси до точки захоплення її, т. е
Внаслідок цього кут між кривошипом і контркрівошіпом (кут насадки) не залишається прямим, а збільшується на кут повороту ?.
2. Бажання, не порушуючи габаритних рамеров, вписати циліндр більшого діаметру для отримання більшої потужності, змусило підняти циліндр.
У паровозах Е в / і це досягнуто нахилом осі циліндра Б-Б, що перетинаються з геометричною віссю провідною колісної пари (рис. 70, а). При цьому з.м.т., п.м.т. і точка захоплення лаштунки р 0 залишаються на одній прямій - осі циліндра; радіус контркрівошіпа ( ом 0 і ом 10 ) Повертається в нове положення, зберігаючи кут насадки 90 °, і зменшується відповідно вкорочення хвостовика куліси за рахунок підйому точки захоплення на h , Мм. При цьому треба враховувати, що при середньому положенні поршня маятник, залишаючись перпендикулярним осі циліндрів, вже не буде вертикальний. Нахил циліндрів до горизонталі на паровозах Е в / і n: l \u003d 1: 30.
В інших випадках конструктори, залишивши вісь циліндра Б-Б горизонтальній, підняли її па деяку висоту h 1 (Рис. 70, б) над віссю центрів рушійних колісних пар А-А. На паровозах Л різниця висот h 1 \u003d 20 мм, на Е а, Е м - h 1 \u003d 50,8 мм.
Тоді, як видно на рис. 70, б, мертві точки центру пальця кривошипа виявляться розташування не опозитно, а по кінцях ламаної лінії до 3 ок п : точки до 3 і до п - суть місця перетину кола, описуваної центром пальця кривошипа, з прямими, що проходять через крайні положення s з і s п центру валика поршневого повзуна і через проекцію про геометричній осі ведучої колісної пари.
Місцезнаходження центру пальця контркрівошіпа при п.м.т. (точка, крапка м 0 ) І з.м.т. (точка, крапка м 10 ) Визначають перетином описуваної їм окружності з перпендикулярами, відновленими з точки про до відповідних положень радіусу кривошипа, так як кут насадки контркрівошіпа залишається рівним 90 °.
оскільки кути ? і ? між вертикаллю і напрямками радіусу контркрівошіпа при п.м.т. і з.м.т. різні, то лінія м 0 ом 10 не пряма, а ламана, і для визначення середнього положення точки захоплення р 0 лаштунки потрібно знайти перетин дуг а-а і б-б , Описаних радіусом, рівним довжині контркрівошіпной (ексцентрикової) тяги ( м 0 р 0 \u003d м 10 р про ), З точок м 0 і м 10 . Як видно на рис. 70, б, точка р 0 лежить на бісектрисі кута s з оs п утвореного положеннями осі поршневого дишла при п.м.т. і з.м.т. і виявляється піднятою над площиною центрів рушійних колісних пар А-А на h , Мм. Слід зазначити, що для кращого виявлення відбуваються в механізмі змін на рис. 70, б h 1 взято в масштабі, в кілька разів більшій, ніж всі інші елементи.
Кругова діаграма. Наочну зв'язок переміщень золотника, величини відкриття вікон і зміни фаз паророзподілу в залежності від кута повороту кривошипа дозволяє встановити кругова діаграма. Для її побудови необхідно знати наступні параметри машини: довжину поршневого дишла L, Радіус кривошипа R, Перекриші впуску е і випуску i , Лінійне попереджання впуску v е і ширину вікна а на робочій поверхні золотникової втулки.
Побудова діаграми починається з проведення двох взаємно перпендикулярних осей - діаметрів кривошипної окружності (рис. 71, а). Вибравши масштаб (зазвичай використовують 1: 4 або 1: 5), проводять нарис кривошипної окружності.
Для обліку кінцевої довжини поршневого дишла за відомою формулою Х \u003d R 2 / 2L підраховують перебігаючи поршня в середині його ходу (поправку Брикса) і в тому ж масштабі відкладають його від вертикальної осі кривошипної окружності в сторону, протилежну циліндру. Оскільки на рис. 71 діаграма чертится для правої машини паровоза, поправка Брикса відкладена вліво від вертикальної осі. Точку перетину лінії поправки Брикса з горизонтальною віссю кривошипної окружності позначають буквою o 0 . Це в подальшому буде центр обертання кривошипа (полюс кривошипних променів). Підрахувавши розмір умовного контркрівошіпа випередження ( r 1 \u003d е + v е ), Відкладають його вліво від точки про 0 в масштабі, обраному для величин, пов'язаних з переміщенням золотника (найчастіше використовують М 1: 1 або М 2: 1). Отриману точку позначають цифрою I " так як вона відповідає положенню золотника в першій позиції, коли кривошип знаходиться в з.м.т. Відповідно, на кривошипної окружності точка з.м.т. - перетин променя кривошипа з його колом - зазначається цифрою I . Це точка початку впуску пари в циліндр.
Щоб знайти друге положення кривошипа, відповідне кінця впуску, слід по горизонтальному діаметру кривошипної окружності відкласти від з.м.т. шлях, прохідний поршнем до розрахункової відсічення, що визначає наповнення циліндра свіжим паром. На рис. 71 відкладена величина, відповідна відсіченні ? =0,4 . Шлях, прохідний поршнем до відсічення Н? \u003d? Н , де Н \u003d 2R - хід поршня за поворот колеса на 180 °.
Точка перетину перпендикуляра, відновленого з місця на горизонтальному діаметрі, відповідного положенню поршня в момент відсічення, з верхньою половиною кривошипної окружності дасть точку II , Що визначає положення кривошипа в кінці впуску. Лінію кривошипа отримують, з'єднавши точку II з точкою про 0 .
Якщо в обраному для золотника масштабі (1: 1 або 2: 1) розкрити циркуль на величину перекриші впуску і з полюса про 0 , Як з центру, зробити зарубку на лінії кривошипа в момент даної відсічення, то визначиться положення золотника в той же момент, т. Е. Точка II ".
оскільки точка I " представляє в обраному масштабі відхилення золотника від середнього положення в момент початку впуску (положення кривошипа в точці I , Т. Е. В з.м.т.), точка II " - є відхилення золотника від середнього положення в момент відсічення (положення кривошипа в точці II - «відсічення»), а точка про 0 відповідає нульовому відхилення золотника від середнього положення, т. е., по суті, його середнього положення, то всі ці точки повинні лежати на загальній золотникової окружності наповнення (впуску). Відомі різні способи знаходження місця розташування центру кола, що проходить через три заданих точки як математичні, так і графічні. На рис. 71, б показаний елементарний графічний спосіб - за допомогою перпендикулярів до середини хорд, що з'єднують точки I " і II " з точкою про 0 . Довільно взятим радіусом г x зроблені зарубки з кожної з трьох точок, а отримані відповідні точки а і b , а також з і d з'єднані між собою прямими. Перетин цих прямих дає центр золотникової окружності наповнення, що проходить через три основні, що належать їй точки I " , II " і про 0 , Як це показано на рис. 71, ст.
Через центр золотникової окружності про " і полюс кривошипних променів про 0 проводять пряму до перетину її в двох місцях з кривошипної окружністю, отримуючи лінію найбільших відхилень золотника з середнього положення. Відстань траси її перетину з золотникової окружністю наповнення (точка f ) Від горизонтального діаметра кривошипної колі являє собою умовний контркрівошіп наповнення при даній відсіченні, чисельно рівний. Інакше кажучи: таку відстань від центру ведучого колеса мав би мати при дайной відсіченні центр пальця контркрівошіпа, який надає своїм безпосереднім впливом на золотник такий же вплив, як весь дійсний кулісні механізм Вальшерта, представлений на рис. 68. Одночасно, точка f визначає величину найбільшого відхилення золотника (відстань про 0 f ) З середнього положення при прийнятої відсіченні ?=0,4 .
Відклавши від точки про 0 на нижній частині лінії найбільших відхилень золотника радіус золотникової окружності наповнення ( r ? \u003d Про "про 0 ) З отриманої точки про "" , Як з центру, проводять золотникову окружність випуску того ж радіуса г ? , Оскільки відхилення золотника від середнього положення буде в обидва боки однаковим (див. Рис .. 71, в). Відстань між точками f і h представить хід золотника за половину обороту ведучого колеса в прийнятому масштабі.
Продляя дугу відсічення, описувану з центру про 0 радіусом, рівним перекриші впуску е , Отримують на золотникової окружності впуску точку VI " , А провівши через цю точку і центр про 0 промінь до перетину з кривошипної окружністю, - точку VI . Ці точки визначають положення кривошипа в момент початку відкриття вікна на впуск, т.. Е. момент попереджання впуску.
У масштабі, прийнятому для переміщень золотника (1: 1 або 2: 1), поставивши голку циркуля в точку про 0 , Наносять на золотникової окружності випуску дугу «відсічення випуску» радіусом, рівним перекриші випуску i (Рис. 71, г). При цьому на золотникової окружності отримують точки перетину III " і V " , Через які з центру про 0 проводять промені до перетину їх з кривошипної окружністю. Тоді на останній визначаються ще дві точки положення кривошипа: III - відповідна початку попереджання випуску, і V - вказує момент закриття вікна на випуск і початку стиснення залишився в задній порожнини циліндра пара.
Побудова кругової діаграми закінчують відміткою точок IV " і IV , Що лежать на горизонтальному діаметрі кривошипної окружності, т. Е. Відповідають положенню кривошипа в п.м.т. Ці точки-момент початку випуску (див. Рис. 71, г).
Так як точка f лежить на перпендикуляре, відновленому в точці I " до горизонтального діаметру кривошипної окружності, то діаметр золотникової окружності fо 0 \u003d 2r? в прийнятому при побудові її масштабі виражає і половину найбільшого відхилення золотника від його середнього положення, і величину сумарного (еквівалентного) контркрівошіпа, що заміняє при даній відсіченні весь паророзподільних механізм Вальшерта, зображений на рис. 68. Чисельно цей контркрівошіп дорівнює
оскільки умовні контркрівошіпи випередження і наповнення, як випливає з кругової діаграми ( r 1 лежить на горизонтальному діаметрі кривошипної окружності, а r 2 паралельний її вертикальному діаметру), перпендикулярні один одному і для їх складання можна використовувати теорему Піфагора. Це властивість закладено було при побудові зовнішнього механізму паророзподілу Вальшерта: коли кулісна частина механізму надає на переміщення золотника найбільший вплив (середина ходу поршня), частина, що здійснює випередження, зовсім не впливає на золотник (див. Рис. 67, а). І навпаки: коли маятниковий механізм випередження зрушує золотник на найбільшу величину, на яку він може його зрушити (мертві точки, див. Рис. 67, б), механізм наповнення зовсім не впливає на золотник (куліса в середньому положенні).
Аналіз кругової діаграми. В обраному масштабі (М 1: 1 або М 2: 1) величина еквівалеітіого коітркрівошіпа визначається на діаграмі відрізком fо 0 (Див. Рис. 71, г), т. Е. Найбільшим відхиленням золотника від середнього положення, а кут випередження ? ? для нього при даній відсіченні укладений між вертикальним діаметром кривошипної окружності і лінією найбільшого зсуву золотника fh.
Якщо прийняти велику величину відсічення, то центр золотникової окружності впуску через відхід точки II " вправо підніметься, а завдяки цьому розмір її радіусу збільшиться, так як точки I " і про 0, Через які вона проходить, залишаться на колишніх місцях. Відповідно підніметься і точка f , А отже, зміниться (зменшиться) кут між лінією найбільших відхилень золотника з середнього положення і вертикаллю (перпендикуляром до лінії руху поршня). відстань fо 0 (Так як точка про 0 залишиться на колишньому місці) теж має збільшитися; значить, зі збільшенням відсічення зростає хід золотника.
Отже, зі збільшенням відсічення:
1) зростає хід золотника ( r 0,6\u003e r 0,4 );
2) істотно збільшується найбільша величина відкриття вікна;
3) зменшується кут випередження - ? 0,6
Все це забезпечує збільшення сили, що розвивається в циліндрі парової машини зі збільшенням відсічення, зменшуючи мятіе пара при впуску з одночасним зростанням кількості увійшов в циліндр пара за один цикл.
Кругова діаграма дозволяє зв'язати математично кут повороту кривошипа з з. м. т. і переміщення золотника при цьому повороті. Припустимо (див. Рис. 7! 1 "г) кривошип з з. м. т. повернувся на кут ? . В цьому випадку відхилення золотника нз середнього положення представлено відрізком f? про 0 \u003d у .
кут ff? про 0 \u003d 90 °, як вписаний, що спирається на діаметр. тоді f? про 0 = fо 0 cos? або у \u003d r ек соs (90 -?? -?) \u003d r ек sin (?? +?)
Отриманий вираз являє рівняння руху золотника в паророзподільних механізмі Вальшерта, що зв'язує кут повороту кривошипа ? , відсічення r ек і ? ? , З переміщенням золотника у .
Слід, однак, сказати, що в реальному механізмі немає повного збігу фактичного відхилення золотника від середнього положення з підрахованими по виведеним математичним рівнянням. Це залежить насамперед від кінцевої довжини тяг, що передають рух. Адже в круговій діаграмі врахована поправка тільки для поршня. Але головне, необхідність підвішування деталей механізму вносить свої похибки в рух його ланок. Так, кулісні камінь встановлюється в кожне положення за рахунок того, що радіальна тяга утримується підвіскою 13 на певній висоті (см. Рис. 68). При хитанні куліси 12 під дією зусилля, що передається їй контркрівошіпной (ексцентрикової) тягою 5 від контркрівошіпа 6 під час руху паровоза, місце лаштунки, де в даний момент знаходиться кулісні камінь 4, описує дугу а - а з центром А в точці підвісу лаштунки. У той же час, точка підвісу радіальної тяги 13 описує дугу b - b з центром В на валу важеля 11, на якому гойдається підвіска 13. Мало того, і передній кінець радіальної Тягном теж описує спрямовану опуклістю в зворотну сторону дугу h - h з центром в точці f - проекцій осі валика золотникового повзуна 14. Все це призводить до того, що кулісні камінь під час роботи не залишається на одному відстані від точки її підвісу, а здійснює складний рух, зване грою каменю в кулісі. Це не тільки викликає збільшення зносу каменю і паза куліси, але впливає і на точність паророзподілу, в результаті чого виникає різниця в відсіченні, а отже, і в що розвивається зусиллі по качалці в передній і задній порожнини одного і того ж циліндра. Ще гірші справи, коли кулісні камінь знаходиться у верхній половині лаштунки, так як при цьому дуга з - з , Описувана їм, і дуга b - b місця з'єднання радіальної тяги 3 з підвіскою 13 спрямовані виступами в різні боки; від цього «гра» кулисного каменю істотно зростає. Саме тому конструкцією механізму передбачено використання верхньої половини лаштунки для заднього ходу паровоза, який застосовується значно рідше переднього і зазвичай з меншими навантаженнями.
Слід звернути увагу на те, що точки II і VI на круговій діаграмі, а також точки III і V (Див. Рис. 71) попарно пов'язані один з одним. Зміна відсічення змушує пересунутися і зайняти нове положення не тільки точку II , Що визначає кінець впуску, т. Е. Власне відсічення, а й точку VI - початок попереджання впуску. Зі збільшенням відсічення попереджання впуску починається пізніше, внаслідок зменшення кута випередження ? е .
Ще тісніше пов'язані один з одним точка III - початок попереджання випуску і V - кінець випуску (початок стиснення). Їхнє становище визначають два чинники: лінія найбільшого зсуву золотника, що представляє бісектрису охопленого їх променями кута, а також величина і знак перекриші випуску. Справа в тому, що мале стиснення невигідно: воно збільшує витрату свіжої пари на заповнення шкідливого простору і підняття в ньому тиску до впускного. Однак в швидкохідних машинах, щоб тиск в кінці стиснення не перевищило котлового, перекришу випуску роблять негативною, т. Е. При середньому положенні золотника вікно на випуск пари вже відкрито. На круговій діаграмі негативна перекриша відкладається всередину золотникової окружності впуску у вигляді дуги радіуса i . Величина відкриття вікна на випуск представляє для даного положення кривошипа суму відрізка всередині золотникової окружності випуску і перекришн випуску. Будь-яка зміна перекриші випуску негайно змінює положення променів III і V , Але при цьому зберігається симетричність їх розташування щодо лінії найбільшого зсуву золотника, а отже, і рівність складають ними з нею кутів. При цьому відповідно змінюються фази паророзподілу, між якими проходять промені III і V .
Слід зазначити, що ширина вікна у деяких паровозів менше переміщення золотника за вирахуванням перекриші впуску, т. Е. а< у— е .
В цьому випадку при перебігаючи золотника відкриття вікна, не змінюючись, залишається максимальним. Це враховує дуга окружності, проведена з точки про 0 як з центру радіусом
r \u003d е + а.
Теоретична індикаторна діаграма. Послідовна зв'язок фаз паророзподілу, їх тривалість, яка вимірюється в частках ходу поршня, зміна тиску пара в порожнині циліндра і здійснюються парою робота за хід поршня наочно представлені в індикаторної діаграмі. У верхній частині рис. 72 побудована кругова діаграма при відсіченні ? = 0,4 для задньої порожнини правої машини паровоза з наступними даними, мм:
Уздовж кривошипної окружності розписані фази паророзподілу, укладені між відповідними променями положення кривошипа:
I (З. М. Т.) - II впуск;
II — III - розширення;
III — IV (П.м.т.) - попереджання випуску;
IV —V - випуск;
V — VI - стиснення;
VI — I (З. М. Т.) - попереджання впуску.
На золотникових кіл показані частини ах променів положення кривошипа; довжина цих частин є в обраному масштабі (М 1: 1 або М 2: 1) шириною відкриття вікон для впуску (на верхній окружності) або випуску (на нижній окружності).
Під круговою діаграмою побудована теоретична індикаторна діаграма. Для цього на відповідній відстані від кругової діаграми паралельно горизонтальному діаметру кривошипної окружності проводять вісь переміщень поршня Н, що представляє лінію нульового тиску р \u003d 0. З точок I (З.м.т.) і IV (П.м.т.) кругової діаграми на вісь Н опускають перпендикуляри, підстави яких визначають на осі крайні точки ходу поршня. Від лівої з них відкладають вліво в масштабі, прийнятому для кривошипної окружності, величину шкідливого простору V вр і з отриманої точки відновлюють перпендикуляр - вісь тисків р.
У довідковій літературі (наприклад, в паспортних книжках паровозів) шкідливий простір зазначено у відсотках від робочого об'єму циліндра. оскільки останній
де d -внутрішній діаметр циліндра, а отже ? D 2/4 \u003d S представляє поперечний переріз циліндра (площа поршня), очевидно, що вісь ходу поршня H одночасно є віссю обсягів циліндра V , Значення яких пов'язані постійним коефіцієнтом S . Тому на діаграмі лінійна величина шкідливого простору становитиме стільки ж відсотків від ходу поршня, скільки відсотків має обсяг шкідливого простору від робочого об'єму циліндра.
Для побудови лінії впуску відкладають в прийнятому масштабі по осі тисків абсолютне робоче котлової тиск р до (Т. Е. Нехтуючи втратами на опір в трубах і каналах) і переносять цю ординату на перпендикуляри, що опускаються з точок I і II кругової діаграми на вісь Н . Отримані точки 1 я 2 з'єднують горизонтальною лінією - прямий впуску.
Лінію розширення будують з точки 2 індикаторної діаграми як АДІАБАТА (т. Е. З огляду на відсутність підведення тепла) з показником ступеня (для перегрітої пари) до \u003d 1,33. Для цього з початку координат 0 (Рис. 73) проводять дві допоміжні прямі: одну В під кутом 30 ° до осі абсцис Н , іншу Б під кутом 40 ° до осі ординат р . Порядок визначення точок адіабати показаний стрілками: з точки 2 проводиться горизонталь до осі ординат; під кутом 45 ° отримана точка проектується на допоміжну лінію Б і з цієї проекції до проводиться нова горизонталь кL . Потім з точки 2 проводиться вертикаль до перетину t з допоміжної лінією В ; точка, крапка t зноситься під кутом 45 ° на вісь абсцис, і з перетину з нею u відновлюється перпендикуляр; точка зустрічі перпендикуляра з раніше отриманої горизонталлю кL дає нову точку А 1 належить адіабаті. Повторюючи цей прийом з точки А 1 отримують положення точки A 2 і т. д. Через знайдені точки адіабати проводять плавну криву, яка повинна обов'язково перетнути вертикаль, яка з'єднує точки IV і 4 обох діаграм.
Місце перетину перпендикуляра, опущеного з точки III на вісь абсцис, з побудованої адіабати визначає момент початку попереджання випуску на індикаторної діаграмі - точку 3 (див. рис. 72).
Для проведення лінії випуску на перпендикуляре, опущеному з точки IV , Відкладають від точки його перетину з віссю абсцис відрізок, відповідний в прийнятому масштабі величиною атмосферного тиску, т. Е. 0,1 МПа (1 кгс / см2) - точка 4; через цю точку проводять горизонтальну лінію випуску до перетину з перпендикуляром з точки V - точка 5. Поєднавши прямий точки 3 і 4, отримують лінію попереджання випуску.
З точки 5, використовуючи допоміжні прямі, знаходять точки адіабати стиснення, беручи за початкову точку 5. Порядок побудови цієї кривої ясний на діаграмі рис. 73, де початкова точка позначена для цього випадку буквою A 4 . Проводячи лінії, як показано стрілками, отримують точку А 3 і т. д. Побудова продовжують до перпендикуляра, опущеного з точки I (Див. Рис. 72). Плавну криву стиску проводять з точки 5 до зустрічі її з перпендикуляром з точки VI , Це і буде точка 6 - початок попереджання впуску. Поєднавши прямий точки 6 і /, отримують лінію попереджання впуску, і побудова теоретичної індикаторної діаграми закінчено.
Дійсна індикаторна діаграма. Ряд причин, з яких головні - мятіе пара при проході через котельної і циліндровий тракти і втрата тепла, істотно зменшують площу і спотворюють форму індикаторної діаграми, як це видно на рис. 72.
На шляху з парового простору котла пар мнеться і втрачає тиск через опорів в паросушітеле, регуляторі, паро-перегревательних елементах і паровпускної трубах. В результаті в золотникової коробці тиск пара відчутно менше, ніж було в котлі. В циліндровому тракті пару доведеться проходити через щілини, що відкриваються золотником, вікна і канали, що також викликає значне мятіе. Більшість втрат паром своєї потенційної енергії зростає зі збільшенням числа циклів в одиницю часу, т. Е. Зі зростанням швидкості руху паровоза, так як в цьому випадку швидкість руху пара по паровому тракту зростає, а опір, що викликає мятіе, пропорційно квадрату витрати пари, який в свою чергу пропорційний швидкості пара. Тому різниця між теоретичною і дійсної індикаторної діаграмами залежить від відсічення.
Отже, точка I " (Див. Рис. 72) - початок впуску - дійсної індикаторної діаграми лежить суттєво нижче точки I теоретичної діаграми. Ця різниця може досягати декількох десятих МПа (декількох кгс / см2).
У початкові моменти впуску свіжий пар стикається з охолодженими м'ятим паром каналами, стінками циліндра і поршня і значно знижує свою температуру перегріву. Це явище називають контракцією перегрітої пари. Вона може в деяких випадках доходити до часткової конденсації пари. Крім того, у відкритій золотником щодо невеликої щілини для проходу пара відбувається його інтенсивне мятіе. Тому лінія впуску 1"—2" дійсної діаграми має різке падіння спочатку, а потім йде не горизонтально, як лінія 1—2 теоретичної діаграми, але з більшим чи меншим нахилом.
перед точкою 2" , Коли для проходу пара залишається все більш звужується щілину, падіння тиску прискорюється. за точкою 2" крива розширення пара нахилена спочатку більш круто, ніж адіабата, а з деякою точки Г , Навпаки, вона стає положе адіабати аж до точки 3" . Це пояснюється тим, що на ділянці 2 "-Г пар віддає частину свого тепла новим ділянкам більш холодних стінок циліндра, тоді як на ділянці Г-3 " температура продовжує розширюватися пара стає нижче температури оточуючих його стінок, і останні починають повертати йому накопичене в них тепло.
У точці 3" починається попереджання випуску, і тиск пара різко падає до точки 4" . відмінність кривої 3"—4" від прямої 3—4 пояснюється теплообміном пара зі стінками, подібним такого ж явища на лінії 2"—3" .
Випуск проходить при тиску трохи вище атмосферного, так як поршня доводиться виштовхувати «ліниво» виходить пар майже атмосферного тиску. Залежно від швидкості руху паровоза, що впливає на швидкість поршня, лінія 4"—5" піднята над лінією 4—5 на більшу чи меншу величину. У своїй другій половині на близькій до прямої лінії 4"—5" в деякій точці Е виникає «бугор», зникаючий в точці Ж . Справа в тому, що лінійна швидкість руху поршня не однакова в різних місцях його ходу; вона найбільша в середній частині ходу поршня, коли кут між кривошипом і віссю циліндра близький до 90 ° і, навпаки, значно зменшується в міру наближення поршня до мертвим точкам. Адже при обертанні колеса, коли кривошип становить з віссю циліндрів кут, близький прямому, деякого числа градусів його повороту відповідає значно більший відрізок шляху, ніж описуваний поршнем недалеко від мертвої точки при повороті кривошипа на той же кут. Тому в циліндрі на ділянці між точками Е-Ж інтенсивне виштовхування пара з циліндра призводить до підвищення тиску.
Починається в точці 5" стиснення завдяки більшому початкового тиску, ніж в точці 5 , Відхиляє лінію дійсного стиснення 5"—6" від теоретичної адіабати 5—6 .
Еліптична діаграма. Хоча залежність величини і напрямки переміщення золотника наочно представляє кругова діаграма, але на практиці набагато зручніше користуватися для цього еліптичної діаграмою, на якій переміщення золотника пов'язано з місцем розташування і напрямком руху поршня. Справа в тому, що вимір кута повороту кривошипа на паровозі досить важко, завдяки чому виникають абсолютно неприпустимі похибки, тоді як положення поршня в кожен даний момент можна визначити з будь достатньою точністю дуже простими прийомами.
Крім того, еліптичну діаграму можна за допомогою елементарного обладнання записати на кожній стороні будь-якого паровоза і, порівнявши її з побудованої теоретичної, виявити похибки і відповідно виправити механізм паророзподілу.
Побудова еліптичної діаграми, після того як побудована кругова, починають з проведення осі х - х (Рис. 74) паралельно горизонтальному діаметру кругової діаграми (з.м.т. - п.м.т.) і на достатньому від неї відстані, щоб найбільші відхилення золотника вклалися поза її меж. Для цього достатньо, щоб вісь х - х була видалена від найнижчої точки кругової діаграми на діаметр золотникової окружності.
Потім лінію ходу поршня від з.м.т. до п.м.т. ділять на 10 рівних частин і намічають на кривошипної окружності 18 місць положень кривошипа (точки 1,2,3,... 9,9 ", 8"... 2 ", 1") і одночасно відзначають всі 11 положень поршня (точки 0, 1 ... 9, 10) на осі х - х. Проводять промені з полюса про 0 до 18 точок положення кривошипа. Вимірником визначають зрушення золотника по кожному променю і на відновленому з відповідної точки на осі х - х перпендикуляре відзначають зсув золотника від осі, т. е. від його середнього положення. Наприклад, для положення кривошипа в з.м.т. (точка, крапка I ) Беруть відстань o 0 -I " - від полюса до зовнішнього краю золотникової окружності і відкладають його від точки про пo осі х - х по перпендикуляру вгору - лінія о - о (I) . Цю операцію продовжують, отримуючи відрізки перпендикулярів, до точки 8, відповідної для прийнятої відсічення ( ? = 0,4 ) Приходу золотника в середнє положення (точка 8 лягає на вісь х - х , Так як переміщення золотника дорівнює нулю). Продовжуючи цю операцію далі, перпендикуляри відкладають вниз від осі х-х , А пройшовши точку 3, зрушення золотника знову відкладають вгору від осі х- х . Іншими словами, зрушення золотника, заміряли по колу впуску, відкладається вгору від осі х - х , А зрушення, заміряли по колу випуску, відкладається вниз.
Останніми наносять точки найбільшого зсуву (А і Б з довжиною перпендикуляра, що дорівнює діаметру золотникової окружності) і залишилися точки кордонів фаз ( II, III, V та VI ). Через всі отримані на планшеті еліптичної діаграми точки проводять плавну криву, обрис якої нагадує еліпс. Якби кругова діаграма будувалася без урахування поправки Брикса, то еліпс вийшов би математично точний. Кінцева довжина шатуна викликає його спотворення, роблячи «різними» половини ходу поршня: в задній частині циліндра менше ( про 0 -з.м.т.), а в передній більше ( про 0 - п.м.т.) на величину поправки R 2 / 2L .
Закінчується побудова еліптичної діаграми проведенням ліній перекришу. від осі х - х вгору відкладають величину перекриші впуску е , А вниз - перекриші випуску i , Якщо вона позитивна, і вгору - якщо негативна. Через отримані точки проводяться горизонталі в межах всієї довжини ходу поршня. Якщо побудова велося акуратно і правильно, точки II і VI повинні виявитися на лінії перекриші впуску, а точки III і V - на лінія перекриші випуску. Заштриховані вертикалями частини діаграми над перекришу впуску і під перекришу випуску є відкриття парового вікна відповідно на впуск і випуск.
При перевірці якості регулювання паророзподілу можна легко і з бажаною точністю заміряти переміщення поршня і золотника, а по ним побудувати еліптичну діаграму, яка при порівнянні її з паспортної дозволить виявити дефекти в регулюванні.
Потужність паровоза. Сила тяги. Площа індикаторної діаграми висловлює роботу, Котра робить пар в циліндрі за один оборот колеса. Справді, якщо виміряти площа дійсної індикаторної діаграми і розділити її на хід поршня, виходить середнє індикаторне тиск пара в циліндрі р i .
Помноживши його на поперечний переріз циліндра (площа поршня 5), отримують середню силу, діючу на поршень в усі час його ходу. Твір цієї сили на хід поршня і на дві робочі порожнини циліндра дасть індикаторну роботу за один цикл (за один оборот колеса) в одному циліндрі:
Це можна перевірити правилом розмірності
Якщо роботу помножити на число циліндрів парової машини паровоза М і на число циклів, що здійснюються машиною за 1 с, т. е. на частоту обертання n , То визначиться індикаторна потужність, що розвивається паровозом:
Це можна пов'язати зі швидкістю руху паровоза V і діаметром його рушійних коліс D
Частота обертання рушійних коліс паровоза дорівнює швидкості руху, поділеній на довжину окружності рушійного колеса:
і тоді формула індикаторної потужності, що розвивається паровозом, буде
але Н \u003d 2R . Тоді для двоциліндрового паровоза (М \u003d 2) після скорочення? і числових множників формула набуває вигляду:
Якщо середній тиск в циліндрі ( рi ) Визначати не в ньютонах на квадратний метр, а в мегапаскалях, в яких зручніше будувати індикаторні діаграми, то треба мати на увазі співвідношення 1 МПа \u003d 9,80665 × 10 5 Н / м2. Тоді формула потужності паровоза по СІ набуває вигляду:
якщо V - в м / с, а d, D і R - в м.
З тягових розрахунків відомо, що, де Fк --касательная (т. е. прикладена до обода рушійних коліс) сила тяги паровоза, кгс, яка вказується в паспортних книжках паровозів і по якій роблять тягові розрахунки; v 1 \u003d 3,6 v -швидкість руху паровоза, км / год, що відповідає швидкості V , М / с, при якій знята індикаторна діаграма.
1 В а л ь ш е р т - бельгійський інженер, який запропонував цей механізм в 1844 р
Е в / і - паровоз Е всіх індексів (Е у, Е м і т. Д.).