Файл: Болотин Ф.Ф. Динамика корабельных ДВС учеб. пособие.pdf

I. Четырехтактный 4— цилиндровый двигатель

(4 ч 4 ч-Ц-)

Четырехтактные 4-цилиндровые двигатели находят приме­ нение для привода генераторов и в качестве главных двига­ телей на катерах. Рассмотрим двигатель 4ч 10,5/13 с криво­ шипной схемой, показанной на рис. 6.12. Порядок чередова­ ния вспышек 1-3-4-2, вспышки следуют через S = 720°/4 = 180° п.к.в.

Схема 2-го порядка получена из схемы 1-го порядка пу­ тем удв'оения углов заклинки кривошипов по отношению к пер­ вому. Все кривошипы схемы 2-го порядка оказались совпа­ дающими по направлению (.такие кривошипные схемы называют­ ся схемами главного порядка).

Рис. 6.12. Определение неуравновешенности четырехтактного 4-цилиндрового двигателя

Схема I-го порядка представляет собой правильную звез­ ду. В данном случае кривошипы делят окружность на две равные части. Поэтому центробежные силы инерции и силы инерции ПДМ I-го порядка оказываются уравновешенными:

кривошипная схема 2-го порядка не представляет правиль­ ной звезды. Результирующая сил инерции ПДМ 2-го порядка

p j = i p rr ^ i ,

а ее начальная фаза

% = 0,

так как вектор Р_ совпадает с направлением первого криво­ шипа.

Неуравновешенная сила инерции меняется по закону

Pjir=P£cDS2GO-t

и стремится вызвать вибрацию двигателя вдоль вертикальной оси. Относительно большая величина амплитуды неуравнове­ шенной силы может при неблагоприятных условиях (см. § 28) вызвать сильные вибрации корпуса и самого двигателя. Это надо иметь в виду при проектировании и эксплуатации уста­ новок с четырехтактными 4-цилиндровыми двигателями и из­ бегать возможного резонанса этой силы во всем диапазоне чисел оборотов п = 0*nwav Частота свободных колебаний конструкции "двигатель-амортизаторы-корпус" должна быть выше2оот а х рад/с или

121

2. Четырехтактный 6-цилиндровый двигатель

На кораблях в качестве главных и вспомогательных дви­ гателей применяются дизели следующих марок: бчН 30/38 (36Д), 6чН 30/38 (2ДД2), 6ч 23/30,бчСПН 15/18 (ЗД6-Н), бчН 9,5/11 (8Д6-Н) и др.

Рассмотрим уравновешенность двигателя 2ДД2. Чередова­ ние вспышек в левой модели этого двигателя 1—4—2—6—3—5; кривошипная схема представлена на рис. 6.13. Как видно из схемы, кривошипы заклинены под углом

720° : б = 120°

и поэтому по два кривошипа имеют одинаковые направления (первый и шестой; второй и пятый; третий и четвертый). Вспышки, разумеется, следуют друг за другом через 120°

п.к.в.

Схелш. 2-го порядка

НГ °

h«i

Рис. 6.13. Определение неуравновешенности четырехтактного 6-цилиндрового двигателя

Так как кривошипные схемы оооих порядков представляют сооой правильные звезды, то многоугольники сложения сил оказываются замкнутыми и результирующие центробежных сил, сил инерции ПДМ I и 2-го порядков равны нулю:

122

Если зеркальным оказывается расположение кривошипов и в схеме 2-го порядка, то и моменты от сил инерции ПДМ 2-го порядка также уравновешены. Практически все четырехтакт­ ные двигатели с четным числом цилиндров z > 6 являются полностью уравновешенными.

3. Двухтактный 4-цилиндровый двигатель (4-Д 19/30)

звезд, поэтому многоугольники сложения сил оказываются замкнутыми, результирующие силы инерции равны нулю, а двигатель уравновешен по силам инерции.

Кривошипные схемы обоих порядков не являются зеркаль­ ными, поэтому относительные неуравновешенности по момен­ там не равны нулю. Из многоугольников суммирования отно­ сительных плеч следует, что

HR= HT= 2cos450=H,4i ;

V r = ^ x =

Жтг=0-

Заметим, что при ином порядке работы цилиндров, а имен­ но х-3-4-2, кривошипная схема 2-го порядка оказывается зеркальной и моменты сил инерции ПДМ 2-го порядка уравно­ вешенными (4^= 0). Однако при этом получается относитель­ ная неуравновешенность 1-го порядка значительно больше, чем в первом случае

(Нт - 3,16 } Yi = «°2б') .

124

Рис. 6.14. Определение неуравновешенности двухтактного 4-цилиндрового двигателя

Кроме того, такой порядок неблагоприятен для работы корен­ ных подшипников: вспышки в соседних цилиндрах чаще следу­ ют одна за другой (2 - 1-й; 3 - 4-й).

125

4. Двухтактный 6-цилиндровый двигатель

(6Д 39/45, 6ДКРН 74/160, 6ДКРН 75/160)

На примере такого двигателя мы уже рассматривали при­ ведение сил инерции и моментов этих сил к результирующей силе и результирующему моменту. При порядке работы цилин­ дров I-5-3-4-2-6 кривошипы заклинены под углом 60°, схемы обоих порядков имеют вид правильных звезд. Поэтому силы инерции оказываются уравновешенными (рис.6.15).Геометриче­ ское суммирование относительных плеч показывает, что дви­ гатель уравновешен относительно моментов центробежных сил и сил инерции ПДМ 1-го порядка. Относительная неуравнове­ шенность моментов сил инерции ПДМ 2-го порядка и началь­ ная фаза соответственно равны:

H-,= 4 cos30d= 2i/5 * 3,5 *,

%— 300 .

Рис 6 15. Определение неуравновешенности двухтактного 6-цилиндрового двигателя

126

5. Двухтактный 8-цилиндровый двигатель

Схемы I и 2-го порядков - правильные звезды, поэтому силы инерции этого двигателя уравновешены. Суммирование относительных плеч, направленных по соответствующим криво­ шипам, дает (рис. 6.16)

Нх = 0,131; % = 67°30/ ; И1 = 1,414; % = -133°.

Таким образом, двигатель не уравновешен по моментам от центробежных сил и сил инерции ПДМ I и 2-го порядков.

В прилож. 3 приведены результаты расчетов относитель­ ной неуравновешенности для наиболее распространенных кривошипных схем однородных двухтактных двигателей (на­ помним, что ыногоцилиндровые четырехтактные двигатели с четным числом цилиндров и зеркальным расположением криво­ шипов полностью уравновешены*). Здесь даны кривошипные схемы 1-го и 2-го порядков, значения относительной неурав­

двигателя можно воспользоваться этим приложением. Опреде­ лив Hj и H-jj, находят соответствующие наибольшие (ампли­ тудные) значения результирующих моментов (6.24), (6.26), (6.27):

*За исключением 2-цилиндрового, в котором не уравно­ вешены силы инерции ПДМ I и 2-го порядков, и 4-цилин- дрового,неуравновешенного по силам инерции ПДМ 2-го порядка. Ьти схемы приведены в таблице.

127

линдрового двигателя

128

M * ' = M * = H x P R a ,

M* 7 = M* = НхРх о -,

и закон их изменения в функции времени (6.7), (6.12),

(6.14)

MRX * Mr COS (СаЛ + % ) *,

М£„ = M r Sin (OOt+'tyj):,

М д = М х C O S ( u ) t + % ') ;

М д = М$ С0Ъ(2иЛ+т|г£).

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое внешняя неуравновешенность и в чем она проявляется? Какой двигатель является уравновешенным в широком и узком смысле?

2.Каково действие опрокидывающего момента?

3.Какие системы сил инерции действуют на двигатель во время его работы? К чему в общем случае приводится каждая система этих сил?

4.В чем сущность графического метода определения внешней неуравновешенности двигателя?

5.Что такое кривошипные схемы I и 2-го порядков, как они строятся?

6.Как определяются результирующие сил инерции вращаю­ щихся масс и их моментов? Что такое начальные фазы этих результирующих и каковы их годографы?

7.Сущность первого способа интерпретации сил инерции ПДМ как проекций вращающихся векторов. Для чего применяет­ ся этот прием?

иединичный момент?

9.Как перейти от относительной неуравновешенности к абсолютной?

129