Mechanika ukadu korbowego okrtowego silnika tokowego Rys 8

Mechanika układu korbowego okrętowego silnika tłokowego

Rys. 8. 1. Schematy kinematyczne układu korbowo-tłokowego: a) i b) - rzędowe, c) i d) w układzie V, e) wodzikowe Schemat kinematyczny (rys. 8. b) stosuje się w szybkoobrotowych silnikach o małych gabarytach. Niewspółosiowe ustawienie cylindra pozwala na zmniejszenie siły normalnej w cylindrze (siła dociskająca tłok do gładzi cylindra), co umożliwia zmniejszenie pracy tarcia i zużycia układu.

Rys. 8. 2. Schemat kinematyczny prostego układu tłokowo-korbowego Podstawowymi parametrami układu korbowego są: promień wy korbieniar, długość korbowodu l oraz ich stosunek = r/l. Schemat kinematyczny prostego układu korbowego pokazano na rysunku 8. 2.

[s] oznacza czas przemieszczenia wykorbienia o kąt , n prędkość obrotową wału korbowego [obr/min];

Prędkość tłoka w funkcji kąta obrotu wału korbowego pokazano na rysunku 8. 3. Rys. 8. 3. Prędkość tłoka c silnika okrętowego RND 90 w funkcji kąta obrotu wału korbowego Można zatem napisać, że c = c 1 + c 2 gdzie: =

Składowe c 1 oraz c 2 przyjmują następujące wartości maksymalne (porównaj rys. 8. 3): c 1 = r Maksymalna prędkość występuje tym bliżej położeń odpowiadających kątom = 90 o i = 270 o. OWK, im dłuższy jest korbowód przy stałym promieniu wykorbienia, to znaczy, im mniejsza jest wartość . Wykresy funkcji określonej tym wyrażeniem pokazano na rysun ku 8. 4.

Rys. 8. 4. Zmiany przyspieszenia tłoka a w funkcji kąta obrotu wału korbowego dwusuwowego silnika okrętowego W zwrotnych położeniach wału korbowego GMP i DMP przyspieszenie osiąga największe wartości. Maksymalną wartość przyspieszenie osiąga wówczas, gdy tłok znajduje się w GMP. Wynosi ono wówczas: W dolnym martwym położeniu przyspieszenie osiąga wartości ujemne:

Rys. 8. 5. Rozkład sił w układzie korbowo-tłokowym silnika W układzie korbowo tłokowym działają siły: • pochodzące od ciśnienia gazów Pg, • bezwładności Pb • siły tarcia Pt. Wypadkową P wszystkich sił działających w osi sworznia tłokowego nazywa się siłą wypadkową albo tłokową.

Siły bezwładności Pb działające w układzie korbowo tłoko wym, zwane również siłami masowymi, można zastąpić dwiema skła dowymi: • wypadkową sił bezwładności od mas wykonujących ruch obrotowy Pr oraz • wypadkową sił bezwładności wykonujących ruch posuwisto zwrotny Ps. Pierwsza z nich zwana jest również siłą rota cyjną, a druga oscylacyjną. Siłę bezwładności mas wykonujących ruch obrotowy Pr można wyznaczyć z zależności [N] gdzie: 2 r – przyspieszenie w ruchu obrotowym [m/s 2 ], mr – masa zastępcza [kg] wirująca na promieniu r [m]. Ze względu na złożoną konfigurację układu, w obliczeniach dynamicznych wykorzystuje się tak zwane masy zredukowane (do punktu A – sworzeń, do punktu B – wykorbienie) Orientacyjnie przyjmuje się, że mk. A 0. 4 mk oraz mk. B 0. 6 mk.

Siły bezwładności mas wykonujących ruch postępowo zwrotny Ps powodowane są przyspieszeniem, jakiego doznają te masy w czasie cyklu roboczego. Uwzględniając wzór na przyspieszenie otrzy muje się: gdzie: ms masa zastępcza elementów wykonujących ruch postępo zwrotny, zredukowana do osi sworznia tłokowego (ma tłoka, i części korbowodu) Rys. 8. 6. Modele dynamiczne: a) korbowodu, b) wykorbienia, c) układu korbowego Ps = PI + PII

Maksymalna wartość tych składowych wystąpi wówczas, gdy: cos = 1 oraz cos 2 = 1 to znaczy dla kątów = 0 oraz = 180 OWK. Wypadkowa wszystkich sił działających w osi sworznia tłoko wego. P (Pt) nazywa się siłą wypadkową albo tłokową i wynosi: P = Pg + Pb + PG Siła ciężaru Siła bezwładności Siła gazowa

Rys. 8. 7. Wykresy sił: gazowej Pg, tłokowej Pt i bezwładności Pb w funkcji kąta obrotu wału korbowego silnika dwusuwowego

Rys. 8. 8. Przebieg sił: gazowej Pg, bezwładności Pb i tłokowej Pt w silniku czterosuwowym